Neitrīni ir nenotveramas subatomiskas daļiņas, kas izveidotas visdažādākajos kodolprocesos. Viņu vārds, kas nozīmē "maz neitrāls", norāda uz to, ka tiem nav elektrības lādiņa. No četriem pamata spēkiem Visumā neitrīni mijiedarbojas tikai ar diviem - gravitācijas un vājo spēku, kas ir atbildīgs par atomu radioaktīvo sabrukšanu. Tā kā gandrīz nav masas, tie riņķo pa kosmosu gandrīz ar gaismas ātrumu.
Neskaitāmi neitrīni radās sekundes laikā pēc lielā sprādziena. Un visu laiku tiek radīti jauni neitrīni: zvaigžņu kodolajās sirdīs, daļiņu paātrinātājos un atomu reaktoros uz Zemes, supernovu eksplozīvā sabrukuma laikā un kad radioaktīvie elementi sabrūk. Tas nozīmē, ka Visumā ir vidēji 1 miljards reižu vairāk neitrīnu nekā protonu, saskaņā ar fiziķa Karsten Heeger teikto no Jēlas universitātes Ņūheivenā, Konektikutā.
Neskatoties uz visuresamību, neitrīni fiziķiem lielākoties paliek noslēpums, jo daļiņas ir tik grūti uztvert. Neitrīno plūsma cauri lielākajai daļai ir tāda, it kā tie būtu gaismas stari, kas iet cauri caurspīdīgam logam, tik tikko mijiedarbojoties ar visu pārējo. Katru ķermeņa kvadrātcentimetru šajā brīdī iet apmēram 100 miljardi neitrīno, kaut arī jūs neko nejutīsit.
Neredzamo daļiņu atklāšana
Neitrīni vispirms tika izvirzīti kā atbilde uz zinātnisku mīklainu. 19. gadsimta beigās pētnieki bija neizpratnē par fenomenu, kas pazīstams kā beta sabrukšana, kurā kodols atoma iekšpusē spontāni izstaro elektronu. Likās, ka beta sabrukšana pārkāpj divus fiziskus pamatlikumus: enerģijas saglabāšanu un impulsa saglabāšanu. Beta sabrukšanas laikā daļiņu galīgajai konfigurācijai šķita nedaudz par maz enerģijas, un protons stāvēja nekustīgi, nevis tika nodurts elektronu pretējā virzienā. Tikai 1930. gadā fiziķis Volfgangs Pauli ierosināja ideju, ka papildu daļiņa varētu izlidot no kodola, nesot tai trūkstošo enerģiju un impulsu.
"Es esmu izdarījis briesmīgu lietu. Esmu postulējis daļiņu, kuru nevar atklāt," Pauli sacīja draugam, atsaucoties uz faktu, ka viņa hipotētiskais neitrīno bija tik spokains, ka tas tik tikko mijiedarbosies ar kaut ko un tam būs maz vai bez masas. .
Vairāk nekā ceturtdaļu gadsimta vēlāk fiziķi Clyde Cowan un Frederick Reines uzbūvēja neitrīno detektoru un novietoja to ārpus kodolreaktora atomu Savannah upes spēkstacijā Dienvidkarolīnā. Viņu eksperimentam izdevās aizķerties no dažiem simtiem triljonu neitrīnu, kas lidoja no reaktora, un Kovana un Reinesa lepni nosūtīja Pauli telegrammu, lai informētu viņu par viņu apstiprinājumu. Reine turpināja iegūt Nobela prēmiju fizikā 1995. gadā - līdz tam laikam Kovs bija miris.
Bet kopš tā laika neitrīni pastāvīgi ir noniecinājuši zinātnieku cerības.
Saule rada lielu skaitu neitrīnu, kas bombardē Zemi. 20. gadsimta vidū pētnieki uzbūvēja detektorus, lai meklētu šos neitrīnus, taču viņu eksperimenti turpināja parādīt neatbilstību, atklājot tikai apmēram vienu trešdaļu no prognozētajiem neitrīniem. Vai nu kaut kas nebija kārtībā ar astronomu saules modeļiem, vai arī notika kaut kas dīvains.
Fiziķi galu galā saprata, ka neitrīniem, iespējams, ir trīs dažādi aromāti vai veidi. Parasto neitrīno sauc par elektronu neitrīno, bet pastāv arī divas citas garšas: muonu neitrīno un tau neitrīno. Kad neitrīni iziet cauri attālumam starp sauli un mūsu planētu, šie trīs veidi svārstās, tāpēc šiem agrīnajiem eksperimentiem, kas bija paredzēti tikai vienas garšas meklēšanai, trūka divu trešdaļu no to kopskaita.
Bet tikai daļiņas, kurām ir masa, var izjust šo svārstību, pretrunā ar iepriekšējām idejām, ka neitrīni bija bezsvara. Kaut arī zinātnieki joprojām nezina precīzas visu trīs neitrīno masas, eksperimenti ir noteikuši, ka vissmagākajām no tām jābūt vismaz 0,0000059 reizes mazākām par elektronu masu.
Jauni neitrīno noteikumi?
2011. gadā Itālijas eksperimenta Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparat (OPERA) pētnieki izraisīja sensāciju visā pasaulē, paziņojot, ka viņi ir atklājuši neitrīnus, kas pārvietojas ātrāk nekā gaismas ātrums - it kā neiespējams uzņēmums. Lai arī rezultāti tiek plaši atspoguļoti plašsaziņas līdzekļos, zinātnieku aprindās tie tika uzņemti ar lielu skepsi. Mazāk nekā gadu vēlāk fiziķi saprata, ka kļūdaina elektroinstalācija ir atdarinājusi atradumu, kas ir ātrāks par gaismu, un neitrīni atgriezās kosmiski likumpaklausīgo daļiņu valstībā.
Bet zinātniekiem joprojām ir daudz ko uzzināt par neitrīniem. Nesen pētnieki no Mini Booster neitrino eksperimenta (MiniBooNE) Fermi Nacionālajā paātrinātāja laboratorijā (Fermilab) netālu no Čikāgas ir snieguši pārliecinošus pierādījumus, ka viņi ir atklājuši jauna veida neitrīno, ko sauc par sterilu neitrīno. Šāds atradums apstiprina agrāku anomāliju, kas novērota Liquid Scintillator Neutrino Detector (LSND) eksperimentā Los Alamos Nacionālajā laboratorijā Ņūmeksikā. Sterili neitrīni izjauks visu zināmo fiziku, jo tie neiederas tā dēvētajā standarta modelī - sistēmā, kas izskaidro gandrīz visas zināmās daļiņas un spēkus, izņemot smagumu.
Ja MiniBooNE jaunie rezultāti kavējas, "Tas būtu milzīgi; tas pārsniedz standarta modeli; tam būtu vajadzīgas jaunas daļiņas ... un pilnīgi jauna analītiskā sistēma", daļiņu fiziķe Keita Šolberga no Djūka universitātes stāstīja Live Science.
