Neitrīni ir, iespējams, visnevērtētākās daļiņas, kas cilvēcei zināmas. Fiziķis, gudrs puisis un viedais aleks Volfgangs Pauli 1930. gadā viņu eksistenci pirmo reizi ierosināja kā pazudušu puzles gabalu - dažās kodolreakcijās bija vairāk iekļūts, nekā bija iznācis. Pauli sprieda, ka jāiesaista kaut kas niecīgs un neredzams - tātad neitrīno, kas itāļu valodā nozīmē “mazais neitrāls”.
Gadu desmitos kopš šī sākotnējā priekšlikuma mēs esam iepazinuši un mīlējuši, bet ne pilnībā izprotam, šos mazos neitrālos kolēģus. Viņiem ir mazliet masas, bet mēs neesam pārliecināti, cik daudz. Un viņi var pāriet no viena veida neitrīno (ko sauc par “aromātu”, jo kāpēc gan ne?) Uz citu, bet mēs neesam pārliecināti, kā.
Ikreiz, kad fiziķi kaut ko nesaprot, viņi ir patiesi satraukti, jo pēc definīcijas atbildei uz mīklu jāatrodas ārpus zināmās fizikas. Tātad neitrīno masas noslēpums un sajaukšana var dot mums norādes uz tādiem noslēpumiem kā agrākie Lielā sprādziena mirkļi.
Viena maza problēma: mazums. Neitrīni ir niecīgi un gandrīz nekad nerunā ar parasto lietu. Pašlaik jūsu ķermenī iet triljoni triljonu. Vai jūs tos pamanāt? Nē, jums nav. Lai patiešām padziļinātos neitrīno īpašībās, mums ir jākļūst lieliem, un drīzumā tiešsaistē parādīsies trīs jauni neitrīno eksperimenti, kas mums ļaus rīkoties ar lietām. Mēs ceram.
Izpētīsim:
KAUNS
Iespējams, esat dzirdējuši satraukumu par klasiskā sci-fi romāna "Kāpa" pārtaisīšanu. Tas nav tas. Tā vietā šis DUNE apzīmē "Deep Underground Neutrino Experiment", kas sastāv no divām daļām. Pirmā daļa atradīsies Fermilabā, Ilinoisā, un tajā būs milzu ļaunuma ģēnija stila neitrīno lielgabals, kas paātrinās protonus tuvu gaismas ātrumam, sagraus tos lietās un šautu triljonus neitrīnu sekundē no biznesa beigām.
No turienes neitrīni brauks pa taisnu līniju (jo tas ir viss, ko viņi zina, kā to izdarīt), līdz tie nonāk otrajā daļā, apmēram 800 jūdžu (1300 kilometru) attālumā pie Sanfordas pazemes izpētes objekta Dienviddakotā. Kāpēc pazemē? Tā kā neitrīni pārvietojas taisnā līnijā (atkal nav izvēles), bet Zeme ir izliekta, tāpēc detektoram jāsēž apmēram jūdzi (1,6 km) zem virsmas. Un tas detektors ir aptuveni 40 000 tonnu (36 000 tonnu) šķidrā argona.
Hyper-Kamiokande
Drīzumā gaidāmās Hyper-Kamiokande (“Hyper-K”, ja vēlaties būt foršam fizikas ballītēs) priekštecis bija trāpīgi nosaukts Super-Kamiokande (“Super-K” to pašu iemeslu dēļ), kas atradās netālu no Hidas. , Japāna. Tas ir diezgan tiešs abiem instrumentiem: milzīga ūdens tvertne ar ļoti daudzkārtīgu fotokameru, kas pastiprina ļoti vājus gaismas signālus.
Katru reizi ārkārtīgi retā laikā neitrīns nonāk līdz ūdens molekulai, liekot elektronam vai pozitronam (elektrona antimērija partnerim) izdalīties ātrāk nekā gaismas ātrumam ūdenī. Tas izraisa zilganas gaismas zibspuldzi, ko sauc par Čerenkova starojumu, un šo gaismu uztver fotokomplikatora lampas. Pētiet zibspuldzi, saprotiet neitrīno.
Super-K izveidoja supervēsturi 1998. gadā, kad tas sniedza pirmos pamatotos pierādījumus tam, ka neitrīni mainās aromātu, lidojot, pamatojoties uz neitrīnu novērojumiem, kas radušies saules kodola zemākajos dziļumos. Atklājums fiziķim Takaki Kajitai piešķīra Nobela prēmiju, bet Super-K - sirsnīgu patiku uz fotoelementa pastiprinātāja caurules.
Hyper-K ir kā Super-K, bet lielāks. Ar 264 miljonu galonu (1 miljarda litru) ūdens tilpumu tam ir 20 reizes lielāks nekā Super-K savākšanas tilpums, kas nozīmē, ka tas var potenciāli savākt 20 reizes lielāku neitrīnu skaitu vienā un tajā pašā laikā Super-K. Sākot no aptuveni 2025. gada, Hyper-K meklēs neitrīnus, ko dabiskās, organiskās reakcijās, piemēram, saplūšana un supernovas, rada Visumā. Kas zina? Iespējams, ka kāds saņems arī Nobela prēmiju.
PINGU
Es neesmu pilnīgi pārliecināts, kāpēc fiziķi izvēlas akronīmus, ko viņi veic milzu zinātniskiem eksperimentiem. Šajā gadījumā Pingu ir Eiropas animācijas pingvīna vārds, kurš piedzīvo dažādas neveiksmes un mācās svarīgas dzīves mācības kontinenta dienvidu daļā. Tas nozīmē arī "Precision IceCube Next Generation Upgrade" (PINGU).
Šī saīsinājuma IceCube daļa attiecas uz lielāko, sliktāko neitrīno eksperimentu pasaulē. Tā pamatā ir dienvidu pols, un tas sastāv no detektoru virknēm, kas dziļi nogrimuši polārajā ledus slānī un izmantos šī ledus kristāldzidrumu, lai izdarītu to pašu, ko Japānā dara Super- un Hyper-K: nosaka Čerenkova starojumu. ko ražo neitrīni, zingējot pa ledu. Eksperiments patiešām sākās tikai pirms dažiem gadiem, bet jau zinātnieki, kas to vada, niez pēc jaunināšanas.
Lūk, kāpēc. IceCube var būt liels, bet tas nenozīmē, ka tas ir labākais visās lietās. Tam ir akls punkts: tā milzīgā izmēra dēļ (vesels kubik kilometrs ledus) tam ir grūti redzēt neitrīnus ar zemu enerģijas patēriņu; viņi vienkārši neveido pietiekami daudz pop un putojoša, lai IceCube detektori tos redzētu.
Ievadiet PINGU: ķekars papildu detektoru, kas izvietoti netālu no IceCube centra un ir īpaši izveidoti, lai uztvertu zemākas enerģijas neitrīnus, kas streiko uz Zemi.
Kad tas (cerams) nonāks tiešsaistē, PINGU pievienosies instrumentu un detektoru armijai visā pasaulē, kas mēģina noķert pēc iespējas vairāk no šiem spokainajiem mazajiem gandrīz visiem un atbloķēt savus noslēpumus.
