Neutrini su možda najcenjenije čestice koje čovječanstvo poznaje. Fizičar, pametni momak i pametni aleck Wolfgang Pauli prvi je put predložio njihovo postojanje 1930. godine kao nestali komad zagonetke - određene nuklearne reakcije više su se odvijale nego što su izašle. Pauli je zaključio da u to mora biti uključeno nešto sitno i nevidljivo - otuda i neutrino, što je talijanski jezik za "malo neutralnog".
U desetljećima od tog početnog prijedloga, upoznali smo i voljeli - ali ne u potpunosti razumjeli - te male neutralne momke. Imaju malo mase, ali nismo sigurni koliko. I mogu prelaziti iz jedne vrste neutrina (koja se naziva "okus", jer zašto ne?) U drugu, ali nismo sigurni kako.
Kad god fizičari nešto ne razumiju, stvarno se uzbuđuju, jer, po definiciji, odgovor na zagonetku mora se nalaziti izvan poznate fizike. Dakle, tajna neutrinske mase i miješanja može nam dati tragove takvim misterijama kao što su najraniji trenuci Velikog praska.
Jedan mali problem: malenkost. Neutrini su maleni i jedva da ikad razgovaraju sa normalnom materijom. Milijuni trilijuna trenutno prolaze kroz vaše tijelo. Primjećujete li ih? Ne, ne znate. Da bismo se stvarno ukopali u neutrinska svojstva, moramo ići na velike rezultate, a tri nova neutrinska eksperimenta stižu uskoro na mrežu kako bismo mogli shvatiti stvari. Nadamo se.
Istražimo:
DINA
Možda ste čuli uzbuđenje zbog remakea klasičnog znanstveno-fantastičnog romana "Dune". Nije to. Umjesto toga, ovaj DUNE označava "Deep Underground Neutrino Experiment", koji se sastoji od dva dijela. Prvi dio bit će u Fermilabu u Illinoisu, a uključivat će ogroman neutrino pištolj zlog genija koji će protone ubrzati do brzine svjetlosti, razbiti ih u stvari i ispaliti triliju neutrina u sekundi van poslovnog kraja.
Odatle će neutrini putovati pravocrtnom linijom (jer to je sve što znaju učiniti) dok ne udari u drugi dio, oko 1.300 kilometara daleko, u podzemni istraživački laboratorij Sanford u Južnoj Dakoti. Zašto podzemlje? Budući da neutrini putuju ravno (opet nema izbora), ali je Zemlja zakrivljena, pa detektor mora sjediti oko milju (1.6 km) ispod površine. A taj detektor je oko 40 000 tona (36 000 tona) tekućeg argona.
Hyper-Kamiokande
Prethodnik Hyper-Kamiokande, koji će uskoro postati Hyper-K, ako želite biti cool na fizičkim zabavama, bio je prikladno nazvan Super-Kamiokande ("Super-K" iz istih razloga), smješten blizu Hide , Japan. Prilično je jednostavno postavljanje za oba instrumenta: ogromni spremnik ultračiste vode okružen cijevima za fotomultiplikatore koji pojačavaju vrlo slabe svjetlosne signale.
Svaki put u izuzetno rijetkom vremenu, neutrino udari u molekulu vode, uzrokujući da se elektron ili pozitroni (partner antimaterije) elektrona otklone brže od brzine svjetlosti u vodi. To uzrokuje bljesak plavkastog svjetla koji se naziva čerenkovsko zračenje, a tu svjetlost prihvaćaju cijevi fotomultiplikatora. Proučite bljesak, shvatite neutrino.
Super-K je napravio super-povijest 1998. godine kada je pružio prve čvrste dokaze da neutrini mijenjaju okus dok lete na temelju promatranja neutrina proizvedenih u dubinama paklene jezgre. Otkriće je fizičaru Takaaki Kajitu donijelo Nobelovu nagradu i Super-K nježnu ploču na cijevi za fotomultiplikatore.
Hyper-K je kao Super-K, ali veći. Kapacitet vode od 264 milijuna galona (1 milijarda litara) ima 20 puta veću količinu Super-K, što znači da može istodobno sakupiti 20 puta veći broj neutrina u isto vrijeme kada Super-K može. Hyper-K će potražiti neutrine proizvedene prirodnim, organskim reakcijama, poput fuzije i supernova, širom svemira, počevši od oko 2025. Tko zna? Netko može dobiti i Nobelovu nagradu.
Pingu
Nisam baš siguran zašto fizičari odabiru kratice koje rade za divovske znanstvene eksperimente. Pingu je u ovom slučaju ime europskog animiranog pingvina koji ima razne nesreće i nauči važne životne lekcije na južnom kontinentu. Također se zalaže za "Precision IceCube Next Generation Upgrade" (PINGU).
IceCube dio te kratice odnosi se na najveći, najgori neutrinski eksperiment na svijetu. Bazirano na Južnom polu, eksperiment se sastoji od niza detektora potonutih duboko u polarnu ledenu plohu koji će koristiti kristalnu jasnoću tog leda da bi učinili istu stvar kao Super- i Hyper-K u Japanu: otkrili Cherenkovu zračenje proizvedena neutrinovima koji prolaze kroz led. Eksperiment je zaista započeo prije nekoliko godina, ali znanstvenici koji ga izvode već svrbe zbog nadogradnje.
Evo zašto. IceCube je možda velik, ali to ne znači da je najbolja u svemu. Ima slijepo mjesto: Zbog ogromne veličine (cijeli kubični kilometar leda) teško je vidjeti neutrinove s niskom energijom; jednostavno ne naprave dovoljno puhanja i pukotina da ih IceCube detektori vide.
Uđite u PINGU: gomilu dodatnih detektora raspoređenih u blizini centra IceCube-a, posebno dizajniranih za hvatanje neutrina niže energije koji udaraju na Zemlju.
Kad se to (nadamo se) pojavi na mreži, PINGU će se pridružiti armiji instrumenata i detektora širom svijeta koji pokušavaju uhvatiti što više tih duhovitih skoro pašta i otkriti njihove tajne.