Svake sekunde svakog pojedinog dana bombardiraju vas trilijuni na bilijune subatomskih čestica, spuštajući se iz svemirskih dubina. Puhaju kroz vas snagom kozmičkog uragana koji eksplodira gotovo brzinom svjetlosti. Dolaze sa svih strana neba, u svako doba dana i noći. Oni prodiru u Zemljino magnetsko polje i u našu zaštitnu atmosferu poput tolikog maslaca.
Pa ipak, kosa na vrhu glave nije ni raščupana.
Što se događa?
Malo neutralno
Te malene metke nazivaju se neutrini, izrazom koji je 1934. godine skovao briljantni fizičar Enrico Fermi. Riječ je nejasno talijanska za „malo neutralnog“, a njihovo postojanje pretpostavljeno je da objašnjava vrlo znatiželjnu nuklearnu reakciju.
Ponekad se elementi osjećaju pomalo ... nestabilno. A ako predugo ostanu sami, raspadaju se i pretvaraju se u nešto drugo, nešto malo svjetlije na periodičnom stolu. Uz to bi isplivao i malo elektrona. Ali u 1920-im su pažljivim i detaljnim opažanjima tih propadanja utvrđena sićušna, ništavna odstupanja. Ukupna energija na početku procesa bila je neznatno veća od energije koja izlazi. Matematika se nije zbrojila. Neparan.
Tako je nekolicina fizičara iz cijele tkanine izradila potpuno novu česticu. Nešto za odnijeti nestalu energiju. Nešto malo, nešto lagano, nešto bez naboja. Nešto što bi moglo proći kroz njihove detektore neprimijećeno.
Malo, neutralno. Neutrino.
Trebalo je još nekoliko desetljeća da potvrde svoje postojanje - to su koliko su skliski, lukavi i lukavi. No 1956. neutrini su se pridružili rastućoj obitelji poznatih, odmjerenih, potvrđenih čestica.
A onda su stvari postale čudne.
Omiljeni okus
Nevolje su se počele gomilati otkrićem muona, koji se slučajno dogodio otprilike u isto vrijeme kada se ideja o neutrinu počela uspostavljati: 1930-ih. Muon je gotovo točno poput elektrona. Isti naboj. Isti zavrti. Ali razlikuje se na jedan presudan način: teža je, preko 200 puta masivnija od svoje braće, elektrona.
Muoni sudjeluju u vlastitim reakcijama, ali ne teže dugo. Zbog impresivne mase, vrlo su nestabilni i brzo propadaju u tuševe manjih bita (ovdje "brzo" znači unutar mikrosekunde ili dvije).
To je sve dobro i dobro, pa zašto se muoni uklapaju u priču o neutrinama?
Fizičari su primijetili da reakcije propadanja koje su sugerirale postojanje neutrina uvijek izbijaju elektroni, a nikad muon. U drugim reakcijama izlazili bi muoni, a ne elektroni. Da bi objasnili ove nalaze, zaključili su da se neutrini u tim reakcijama raspada uvijek podudaraju s elektronima (a ne s bilo kojom drugom vrstom neutrina), dok se elektron, muon mora pariti s još uvijek neotkrivenom vrstom neutrina ... Napokon, elektron - Prijateljski neutrino ne bi mogao objasniti opažanja iz muonskih događaja.
I tako je lov nastavio. I dalje. I dalje. Tek su 1962. godine fizičari napokon zaključali drugu vrstu neutrina. Prvotno je nazvan "neutretto", ali racionalnije glave prevladavale su sa shemom nazivanja muon-neutrino, budući da se uvijek uparivala u reakcijama s muonom.
Put Taoa
U redu, tako da su dva potvrđena neutrina. Je li priroda imala više za nas? 1975. godine, istraživači Centra za linearni akcelerator u Stanfordu hrabro su prosijavali planine monotonih podataka da bi otkrili postojanje još težeg brata s brbljivim elektronom i snažnim muonom: udubljeni tau, koji ulazi u ogromnih 3,500 puta veće mase elektrona , To je velika čestica!
Pa je odmah postalo pitanje: Ako postoji obitelj od tri čestice, elektrona, muona i taua ... može li postojati treći neutrino, da se upari s tim novonastalim bićem?
Možda možda ne. Možda postoje samo dva neutrina. Možda ih ima četiri. Možda 17. Priroda nije točno ispunila naša očekivanja, tako da nema razloga za početak sada.
Preskačući mnoge grozne detalje, tijekom desetljeća fizičari su se uvjerili koristeći razne eksperimente i opažanja da bi treći neutrino trebao postojati. Ali tek na kraju milenijuma, 2000., posebno dizajnirani eksperiment u Fermilabu (šaljivo nazvan DONUT eksperiment, za izravno promatranje NU Tau, i ne, to ne izmišljam) napokon je dobio dovoljno potvrđenih viđenja da s pravom mogu tražiti otkriće.
Progoni duhove
Dakle, zašto nas toliko briga za neutrine? Zašto smo ih progonili više od 70 godina, od Drugog svjetskog rata do moderne ere? Zašto su generacije znanstvenika toliko fascinirane tim malim, neutralnim?
Razlog je taj što neutrini i dalje žive izvan naših očekivanja. Dugo vremena nismo ni bili sigurni da postoje. Dugo smo bili uvjereni da su potpuno bez masi, sve dok eksperimenti dosadno nisu otkrili da moraju imati masu. Točno "koliko" ostaje moderan problem. I neutrini imaju tu neugodnu naviku mijenjanja karaktera dok putuju. To je točno, kako neutrino putuje u letu, može prebaciti maske među tri okusa.
Možda je tamo još uvijek dodatni neutrino koji ne sudjeluje u uobičajenim interakcijama - nešto poznato kao sterilni neutrino za kojim fizičari gladno traže.
Drugim riječima, neutrini neprestano izazivaju sve što znamo o fizici. A ako nam treba jedna stvar, i u prošlosti i u budućnosti, to je dobar izazov.
Paul M. Sutter je astrofizičar na Državno sveučilište Ohio, domaćin Pitajte svemira i Svemirski radio, i autor Vaše mjesto u svemiru.
