Neitrīni, iespējams, visvairāk mulsina no zināmajām daļiņām. Viņi vienkārši neievēro visus zināmos noteikumus par to, kā daļiņām vajadzētu izturēties. Viņi ņirgājas par mūsu iedomātajiem detektoriem. Viņi, tāpat kā kosmiskie kaķi, izturas cauri visumam bez raizēm vai rūpēm, ik pa laikam mijiedarbojoties ar mums visiem pārējiem, bet patiesībā tikai tad, kad viņiem tas patīk, kas, godīgi sakot, nav tik bieži.
Visvairāk nomākta, ka viņi valkā maskas un nekad divreiz neizskatās vienādi.
Bet, iespējams, jauns eksperiments mūs ir spēris tikai soli tuvāk šo masku izvilkšanai. Patiesās neitrīno identitātes atklāšana varētu palīdzēt atbildēt uz jau sen uzdotajiem jautājumiem, piemēram, vai neitrīni ir viņu pašu antimērijas partneri, un tas pat varētu palīdzēt apvienot dabas spēkus vienā saskanīgā teorijā.
Liela problēma
Neitrīni ir dīvaini. Ir trīs veidi: elektronu neitrīno, muonu neitrīno un tau neitrīno. (Ir arī šo trīs antidaļiņu versijas, bet tā nav liela daļa no šī stāsta.) Viņi ir tik nosaukti, jo šie trīs veidi tiek svinēti ar trim dažāda veida daļiņām. Elektronu neitrīni pievienojas mijiedarbībai, iesaistot elektronus. Muonu neitrīni tiek savienoti pārī ar muoniem. Par uzminēšanu, kā mijiedarbojas tau neitrīno, punkti netiks piešķirti.
Pagaidām tas nemaz nav dīvaini. Šeit nāk dīvainā daļa.
Daļiņām, kas ir nē neitrīni - piemēram, elektroni, muoni un tau daļiņas - tas, ko redzat, ir tas, ko jūs saņemat. Šīs daļiņas ir pilnīgi vienādas, izņemot to masas. Ja jūs pamanāt daļiņu ar elektronu masu, tā izturēsies tieši tā, kā vajadzētu izturēties elektronam, un tas pats attiecas uz muonu un tau. Vēl vairāk: kad esat pamanījis elektronu, tas vienmēr būs elektrons. Neko vairāk, ne mazāk. Tas pats attiecas uz muonu un tau.
Bet tas pats neattiecas uz viņu brālēniem, elektroniem, muoniem un tau neitrīniem.
Tas, ko mēs saucam, teiksim, par "tau neitrīno", ne vienmēr ir tau neitrīno. Tas var mainīt savu identitāti. Tas var kļūt vidēja lidojuma laikā par elektronu vai muonu neitrīno.
Šo dīvaino parādību, kuras būtībā neviens negaidīja, sauc par neitrīno svārstībām. Cita starpā tas nozīmē, ka jūs varat izveidot elektronu neitrīno un nosūtīt to kā dāvanu labākajam draugam. Bet līdz brīdim, kad viņi to iegūs, viņi var būt vīlušies, tā vietā atrodot tau neitrīno.
Teters-totter
Tehnisku iemeslu dēļ neitrīno svārstības darbojas tikai tad, ja ir trīs neitrīno ar trim dažādām masām. Bet neitrīni, kas oscilējas, nav ne elektronu, ne muonu, ne tau aromāti.
Tā vietā ir trīs "patiesie" neitrīni, katrs ar atšķirīgu, bet nezināmu masu. Atšķirīgs šo patieso, fundamentālo neitrīnu sajaukums rada katru no neitrīna garšām, ko mēs atklājam mūsu laboratorijās (elektronu, muonu, tau). Tātad laboratorijā izmērītā masa ir šo patieso neitrīno masu sajaukums. Tikmēr katra īstā neitrīno masa maisījumā nosaka, cik bieži tas iesūcas katrā no dažādajiem aromātiem.
Fiziku uzdevums tagad ir izjaukt visas attiecības: Kādas ir šo īsto neitrīno masas, un kā tās sajaucas kopā, lai iegūtu trīs garšas?
Tātad, fiziķi meklē medības, lai atklātu "patieso" neitrīnu masas, apskatot, kad un cik bieži viņi maina garšu. Atkal fizikas žargonā to izskaidrot ir ļoti nelietderīgi, jo šo trīs neitrīno nosaukumi ir vienkārši m1, m2 un m3.
Dažādi rūpīgi eksperimenti vismaz netieši ir iemācījuši zinātniekiem kaut ko par patieso neitrīno masām. Piemēram, mēs zinām par dažām attiecībām starp masu kvadrātu. Bet mēs precīzi nezinām, cik daudz kāds no īstajiem neitrīniem sver, un mēs nezinām, kuri no tiem ir smagāki.
Varētu būt, ka m3 ir vissmagākais, ievērojami pārsniedzot m2 un m1. To sauc par "parasto pasūtīšanu", jo tas šķiet diezgan normāli - un fiziķi, kas pasūtīja, būtībā bija uzminējuši pirms gadu desmitiem. Bet, balstoties uz mūsu pašreizējām zināšanām, varētu arī būt, ka m2 ir vissmagākais neitrīns, ar m1 nav tālu aiz muguras un m3 ir niecīgs. Šo scenāriju sauc par "apgrieztu pasūtīšanu", jo tas nozīmē, ka sākotnēji mēs uzminējām nepareizu pasūtījumu.
Protams, ir arī teorētiķu nometnes, kurās katrs no šiem scenārijiem ir patiess. Teorijas, kas mēģina visus (vai vismaz lielāko daļu) dabas spēku apvienot zem viena jumta, parasti prasa normālu neitrīno masu sakārtošanu. No otras puses, apgrieztā masas sakārtošana ir nepieciešama, lai neitrīno būtu savs pretdaļiņu dvīnis. Un, ja tā bija taisnība, tas varētu palīdzēt izskaidrot, kāpēc Visumā ir vairāk matērijas nekā antimateriāls.
DeepCore treniņš
Kas tas ir: parasts vai apgriezts? Tas ir viens no lielākajiem jautājumiem, kas rodas no neitrīno pētījumu pēdējām pāris desmitgadēm, un tas ir tieši tāds jautājums, uz kuru tika atbildēts lielajā IceCube Neutrino observatorijā. Observatorija, kas atrodas pie Dienvidu pola, sastāv no desmitiem detektoru virkņu, kas ir iegrimuši Antarktikas ledus loksnē, ar centrālo "DeepCore" no astoņiem virknēm efektīvāku detektoru, kas spēj redzēt zemākas enerģijas mijiedarbību.
Neitrīni tik tikko nespēj sarunāties ar parasto matēriju, tāpēc viņi ir lieliski spējīgi virzīties tieši caur pašu Zemes ķermeni. To darot, viņi iemīlēs dažādas garšas. Reizi retā laikā viņi sitīs molekulu Antarktikas ledus lapā pie IceCube detektora, iedarbinot daļiņu kaskādes dušu, kas izstaro pārsteidzoši zilu gaismu, ko sauc par Čerenkova starojumu. Tieši šo gaismu IceCube virknes nosaka.
Nesenā rakstā, kas publicēts pirmsdrukas žurnālā arXiv, IceCube zinātnieki izmantoja trīs gadu DeepCore datus, lai izmērītu, cik daudz no visiem neitrīno veidiem ir izgājuši cauri Zemei. Protams, progress ir lēns, jo neitrīnus ir tik grūti noķert. Bet šajā darbā. zinātnieki ziņo par nelielu datu izvēli par normālu pasūtīšanu (kas nozīmētu, ka mēs uzminējām tieši pirms gadu desmitiem). Tomēr viņi vēl nav atraduši neko pārliecinošu.
Vai tas ir viss, ko mēs iegūsim? Noteikti nē. IceCube drīz gatavojas nozīmīgam jauninājumam, un tiek gatavoti arī jauni eksperimenti, piemēram, Precision IceCube Next Generation Upgrade (PINGU) un Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE), lai risinātu arī šo centrālo jautājumu. Kurš zināja, ka tik vienkāršs jautājums par neitrīno masu sakārtošanu tik daudz atklāj Visuma darbību? Tas ir pārāk slikti, tas nav arī viegls jautājums.
Pols M. Sutters ir astrofiziķis plkst Ohaio štata universitāte, “Jautājiet kosmosa darbiniekam" un "Kosmosa radio, "un" autorsTava vieta Visumā."
