Neutrini su neuhvatljive subatomske čestice stvorene u širokom rasponu nuklearnih procesa. Njihovo ime, što znači "malo neutralno", odnosi se na činjenicu da ne nose električni naboj. Od četiri temeljne sile u svemiru, neutrini djeluju samo s dvije - gravitacijom i slabom silom koja je odgovorna za radioaktivno raspadanje atoma. Nemajući gotovo nikakvu masu, oni prelaze kroz kozmos gotovo brzinom svjetlosti.
Bezbroj neutrina nastalo je djeliće sekunde nakon Velikog praska. I stalno se stvaraju novi neutrini: u nuklearnim srcima zvijezda, u akceleratorima čestica i atomskim reaktorima na Zemlji, tijekom eksplozivnog kolapsa supernove i kada raspadaju radioaktivni elementi. To znači da u svemiru ima, u prosjeku, milijardu puta više neutrina nego protona, prema fizičarki Karsten Heeger sa sveučilišta Yale u New Havenu, Connecticut.
Unatoč svojoj sveprisutnosti, neutrini uglavnom ostaju misterija za fizičare, jer su čestice toliko teško uhvatljive. Neutrinovi teku kroz većinu materije kao da su svjetlosne zrake koje prolaze kroz prozirni prozor, jedva u interakciji sa svime ostalim što postoji. U ovom trenutku kroz svaki kvadratni centimetar vašeg tijela prođe oko 100 milijardi neutrina, iako ništa nećete osjetiti.
Otkrivanje nevidljivih čestica
Neutrinovi su prvi put postavljeni kao odgovor na znanstvenu enigmu. U kasnom 19. stoljeću, istraživači su zbunjivali fenomen poznat kao beta raspadanje, pri čemu jezgra unutar jednog atoma spontano emitira elektron. Čini se da beta raspad krši dva temeljna fizička zakona: očuvanje energije i očuvanje zamaha. U beta raspadanju činilo se da krajnja konfiguracija čestica ima malo premalo energije, a protoni su mirno stajali umjesto da su udarali u suprotnom smjeru od elektrona. Tek 1930. fizičar Wolfgang Pauli predložio je ideju da dodatna čestica može letjeti iz jezgre, noseći sa sobom nestalu energiju i zamah.
"Učinio sam groznu stvar. Postavio sam česticu koja se ne može otkriti", rekao je Pauli prijatelju, govoreći o činjenici da je njegov hipotetizirani neutrino bio tako duhovit da bi jedva komunicirao sa bilo čim i imao bi malo nikakve mase ,
Više od četvrt stoljeća kasnije, fizičari Clyde Cowan i Frederick Reines izgradili su neutrino detektor i postavili ga izvan nuklearnog reaktora u atomskoj elektrani na rijeci Savannah u Južnoj Karolini. Njihovim eksperimentom uspjelo je srušiti nekoliko stotina bilijuna neutrina koji su letjeli iz reaktora, a Cowan i Reines s ponosom su poslali Pauliu telegram kako bi ga obavijestili o njihovoj potvrdi. Reines bi nastavio osvojiti Nobelovu nagradu za fiziku 1995. - do tada je Cowan umro.
Ali od tada, neutrini kontinuirano prkose očekivanjima znanstvenika.
Sunce proizvodi kolosalni broj neutrina koji bombardiraju Zemlju. Sredinom 20. stoljeća, istraživači su izgradili detektore za pretragu tih neutrina, ali njihovi eksperimenti i dalje su pokazali odstupanje, otkrivši samo oko jedne trećine predviđenih neutrina. Ili nešto nije bilo u redu sa sunčevim modelima astronoma ili se nešto čudno događalo.
Fizičari su na kraju shvatili da neutrini vjerojatno dolaze u tri različita ukusa ili vrsta. Obični neutrino nazivamo neutron elektrona, ali postoje i dva druga okusa: muonski neutrino i tau neutrino. Dok prolaze kroz udaljenost između sunca i našeg planeta, neutrini osciliraju između ove tri vrste, zbog čega su tim ranim eksperimentima - koji su osmišljeni samo za traženje jednog okusa - i dalje nedostajalo dvije trećine ukupnog broja.
Ali samo čestice koje imaju masu mogu se podvrgnuti toj oscilaciji, suprotstavljajući se ranijim idejama da su neutrini bili bez mase. Iako znanstvenici još uvijek ne znaju točne mase sva tri neutrina, pokusi su utvrdili da najteža od njih mora biti najmanje 0,0000059 puta manja od mase elektrona.
Nova pravila za neutrine?
U 2011. godini, istraživači u Oscilacijskom projektu s pokusom aparata Emulsion-tRacking (OPERA) u Italiji izazvali su svjetsku senzaciju objavom da su otkrili neutrine koji putuju brže od brzine svjetlosti - što je navodno nemoguće poduzeće. Iako se široko izvještava u medijima, rezultati su dočekani s velikom sumnjom od strane znanstvene zajednice. Manje od godinu dana kasnije, fizičari su shvatili da je neispravno ožičenje oponašalo nalaz bržeg od svjetlosti, a neutrini su se vratili u područje čestica koje poštuju zakon.
Ali znanstvenici još uvijek moraju puno toga naučiti o neutrinovima. Nedavno su istraživači iz Mini Booster Neutrino eksperimenta (MiniBooNE) iz Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) u blizini Chicaga pružili uvjerljive dokaze da su otkrili novu vrstu neutrina, nazvanu sterilni neutrino. Takav nalaz potkrepljuje raniju anomaliju viđenu na Tekućem scintillatoru Neutrino detektor (LSND), eksperimentu u Nacionalnoj laboratoriji Los Alamosa u Novom Meksiku. Sterilni neutrini iskoristili bi svu poznatu fiziku jer se ne uklapaju u ono što je poznato kao standardni model, okvir koji objašnjava gotovo sve poznate čestice i sile, osim gravitacije.
Ako se novi MiniBooNE rezultati zadrže, "To bi bilo ogromno; to je izvan standardnog modela; za to bi bile potrebne nove čestice ... i potpuno novi analitički okvir", rekla je fizičarka čestica Kate Scholberg sa Sveučilišta Duke za Live Science.
