Katru dienu katru sekundi jūs bombardē triljoni triljonu subatomisko daļiņu, dušā no kosmosa dziļuma. Viņi caur tevi pūst ar kosmiskās viesuļvētras spēku, iepūšoties gandrīz gaismas ātrumā. Viņi nāk no visām debesīm, visu dienu un nakti. Viņi iekļūst Zemes magnētiskajā laukā un mūsu aizsargājošajā atmosfērā kā tik daudz sviesta.
Un tomēr, mati jūsu galvas augšdaļā nav pat sabozti.
Kas notiek?
Mazs neitrāls
Šīs mazās lodes sauc par neitrīniem - terminu, ko 1934. gadā izgudroja izcils fiziķis Enriko Fermi. Vārds neskaidri itāļu valodā nozīmē “mazais neitrāls”, un viņu esamība tika izvirzīta hipotēzes, lai izskaidrotu ļoti kuriozu kodolreakciju.
Dažreiz elementi jūtas mazliet… nestabili. Un, ja viņi pārāk ilgi tiek atstāti vieni, viņi sabrūk un pārveido sevi par kaut ko citu, kaut ko mazliet vieglāku uz periodiskā galda. Turklāt varētu parādīties nedaudz elektronu. Bet 1920. gados rūpīgajos un detalizētajos šo pagrimumu novērojumos tika atklātas niecīgas, nigģējošas neatbilstības. Kopējā enerģija procesa sākumā bija nedaudz lielāka nekā izdalītā enerģija. Matemātika nesummēja. Nepāra.
Tātad daži fiziķi no visa auduma kodēja pavisam jaunu daļiņu. Kaut kas, lai aiznestu trūkstošo enerģiju. Kaut kas mazs, kaut kas viegls, kaut kas bez maksas. Kaut kas nemanot varētu paslīdēt cauri viņu detektoriem.
Mazs, neitrāls. Neitrīno.
Pagāja vēl pāris desmitgades, lai apstiprinātu viņu esamību - viņi ir tik slideni, saudzīgi un nekrietni. Bet 1956. gadā neitrīni pievienojās augošajai zināmo, izmērīto, apstiprināto daļiņu saimei.
Un tad viss kļuva dīvaini.
Mīļākā garša
Problēmas sākās brūvēt līdz ar muona atklāšanu, kas nejauši notika aptuveni tajā pašā laikā, kad sāka parādīties neitrīno ideja: pagājušā gadsimta 30. gadi. Muons ir gandrīz tieši tāds kā elektrons. Tāda pati maksa. Tas pats griešanās. Bet tas atšķiras vienā izšķirīgā veidā: tas ir smagāks, vairāk nekā 200 reizes masīvāks nekā brālis vai brālis, elektrons.
Mēneši piedalās paši sava veida reakcijās, taču nemēdz ilgt ilgi. Iespaidīgā apjoma dēļ tie ir ļoti nestabili un ātri sadalās mazāku bitu dušās ("ātri" šeit nozīmē mikrosekundē vai divas).
Tas viss ir labi un labi, tad kāpēc muoni iekļaujas neitrīno stāstā?
Fiziķi pamanīja, ka sabrukšanas reakcijām, kas liek domāt par neitrīna esamību, vienmēr ir parādījies elektrons, un tas nekad nav mūons. Citās reakcijās izkristu muoni, nevis elektroni. Lai izskaidrotu šos atradumus, viņi sprieda, ka neitrīni šajās sabrukšanas reakcijās vienmēr sakrīt ar elektroniem (un nevis ar jebkura cita veida neitrīno), savukārt elektronam muonam ir jābūt pārī ar vēl neatklātu neitrīno veidu ... Galu galā elektrons draudzīgs neitrīns nespētu izskaidrot novērojumus no muonas notikumiem.
Un tā medības turpinājās. Un tālāk. Un tālāk. Tikai 1962. gadā fiziķi beidzot ieguva atslēgu otrajam neitrīno tipam. Sākotnēji to sauca par "neitrētu", bet racionālākas galvas dominēja ar shēmu, kā to dēvēt par muonu-neitrīno, jo tas vienmēr bija savienots pārī, reaģējot ar muonu.
Tao ceļš
Labi, ka divi apstiprināti neitrīni. Vai daba mums bija vairāk krājumā? 1975. gadā Stenfordas Lineārā paātrinātāja centra pētnieki drosmīgi izskaloja monotonu datu kalnus, lai atklātu vēl smagāka brāļa un māsas esamību izveicīgajam elektronam un dūšīgajam muonam: neveiklais tau, kurš iepērkas 3500 reižu lielumā, salīdzinot ar elektronu masu. . Tā ir liela daļiņa!
Tūlīt jautājums kļuva: Ja tur ir trīs daļiņu saime, elektrons, muons un tau ... vai varētu būt trešais neitrīno, lai pārī ar šo jaunradīto būtni?
Varbūt, varbūt nē. Varbūt ir tikai divi neitrīni. Varbūt ir četri. Varbūt 17. Daba iepriekš nav precīzi izpildījusi mūsu cerības, tāpēc nav pamata sākt tagad.
Izlaižot daudz šaušalīgu detaļu, gadu desmitos fiziķi pārliecināja sevi, izmantojot dažādus eksperimentus un novērojumus, ka trešajam neitrīnam vajadzētu pastāvēt. Bet tikai tūkstošgades malā, 2000. gadā, beidzot tika izveidots īpaši izveidots eksperiments Fermilabā (humoristiski saukts par DONUT eksperimentu, kas paredzēts NU Tau tiešai novērošanai, un nē, es to nedaru). pietiekami daudz apstiprinātu novērojumu, lai pamatoti pieprasītu atklāšanu.
Pakaļdzīšanās spokiem
Tātad, kāpēc mums tik ļoti rūp neitrīni? Kāpēc mēs viņus dzenam pakaļ vairāk nekā 70 gadus, sākot no Otrā pasaules kara līdz mūsdienām? Kāpēc zinātnieku paaudzes ir tik fascinējušas šos mazos, neitrālos?
Iemesls ir tas, ka neitrīni turpina dzīvot ārpus mūsu cerībām. Ilgu laiku mēs pat nebijām pārliecināti, ka viņi pastāv. Ilgu laiku mēs bijām pārliecināti, ka viņi ir pilnīgi bez masas, līdz eksperimenti kaitinoši atklāja, ka tiem ir jābūt masai. Tieši "cik daudz" joprojām ir mūsdienu problēma. Un neitrīniem ir šis kaitinošais ieradums mainīt raksturu, ceļojot. Tieši tā, kad neitrīns ceļo lidojuma laikā, tas var pārslēgt maskas no trim garšām.
Varētu būt, ka tur joprojām varētu atrasties papildu neitrīno, kas nepiedalās parastajā mijiedarbībā - kaut kas pazīstams kā sterils neitrīno, ko fiziķi medī.
Citiem vārdiem sakot, neitrīni pastāvīgi izaicina visu, ko mēs zinām par fiziku. Un, ja ir viena lieta, kas mums vajadzīga gan pagātnē, gan nākotnē, tas ir labs izaicinājums.
Pols M. Sutters ir astrofiziķis plkst Ohaio štata universitāte, Jautājiet kosmosa darbiniekam un Kosmosa radio, un autors Tava vieta Visumā.
