Neutrinod on võib-olla inimkonnale teadaolevalt kõige alahinnatud osakesed. Füüsik, tark mees ja nutikas aleck Wolfgang Pauli pakkus oma eksistentsi esmakordselt 1930. aastal välja kui puuduvat pusletükki - teatud tuumareaktsioonid toimusid rohkem kui nad olid välja tulnud. Pauli väitis, et asjasse tuleb seostada midagi pisikest ja nähtamatut - seega neutriino, mis on omamoodi itaalia keeles "väikese neutraalse jaoks".
Sellele esialgsele ettepanekule järgnenud aastakümnete jooksul oleme neid väikeseid neutraalseid kaaslasi tundma õppinud ja neid armastama hakanud, kuid mitte täielikult neist aru saanud. Neil on natuke massi, kuid me pole kindlad, kui palju. Ja nad võivad siirduda ühest neutriino tüübist (mida nimetatakse "maitseks", sest miks mitte?) Teisele, kuid me pole kindlad, kuidas.
Kui füüsikud millestki aru ei saa, on nad tõeliselt elevil, sest definitsiooni järgi peab mõistatus vastama väljaspool teadaolevat füüsikat. Nii et neutriinomassi ja segamise mõistatus võib anda meile vihjeid sellistele mõistatustele nagu Suure Paugu varasemad hetked.
Üks väike probleem: väiksus. Neutriinod on pisikesed ega räägi peaaegu kunagi normaalse asjaga. Teie keha läbib praegu triljoneid triljoneid. Kas sa märkad neid? Ei, sa ei tee seda. Neutriinoomaduste tõeliseks kaevamiseks peame minema suureks ja varsti on võrgus ka kolm uut neutriinoeksperimenti, mis annavad meile asjadega vaeva. Me loodame.
Uurime:
DUNE
Võib-olla olete kuulnud põnevust klassikalise ulmeromaani "Dune" uusversioonist. See pole see. See DUNE tähistab hoopis "sügava maa-aluse neutrinokatset", mis koosneb kahest osast. Esimene osa asub Illmiisi osariigis Fermilabis ja sisaldab hiiglaslikku kurja-geeniuse stiilis neutriinopüstolit, mis kiirendab prootoneid valguse kiiruse lähedale, purustab need asjadeks ja laseb ärilõpust triljoneid neutriine sekundis.
Sealt hakkavad neutriinod sirgjooneliselt liikuma (sest see on kõik, mida nad oskavad teha), kuni nad tabavad teist osa, umbes 800 miili (1300 kilomeetrit) kaugusel Lõuna-Dakota osariigis Sanfordi maa-aluses uurimisrajatises. Miks just maa alla? Kuna neutriinod liiguvad sirgjooneliselt (jällegi pole valikut), kuid Maa on kõver, seetõttu peab detektor istuma pinna all umbes miil (1,6 km). Ja see detektor on umbes 40 000 tonni (36 000 tonni) vedelat argooni.
Hüper-Kamiokande
Peagi saabuva Hyper-Kamiokande ("Hyper-K", kui soovite füüsikapidudel jahedana käia) eelkäijaks oli Hida lähedal asunud sobiv nimega Super-Kamiokande (samadel põhjustel "Super-K"). , Jaapan. See on üsna arusaadav seadistus mõlemale instrumendile: ülisuure veega hiiglaslik mahuti, mida ümbritsevad fotokordisti torud, mis võimendavad väga nõrke valgussignaale.
Iga kord väga harva juhtub, et neutriino tabab veemolekuli, põhjustades elektronide või positronide (elektroni antimaterjalide partner) eraldumise kiiremini kui valguse kiirus vees. See põhjustab sinaka valguse vilkumist, mida nimetatakse Cherenkovi kiirguseks, ja selle valguse võtavad vastu fotokordisti torud. Uurige välku, mõistke neutriino.
Super-K tegi üliajaloo 1998. aastal, kui esitas esimesed kindlad tõendid selle kohta, et neutriinod muudavad lennates maitset, tuginedes päikese tuuma muinaspoolsetes sügavustes toodetud neutriinodele. Avastus napsas füüsiku Takaaki Kajita Nobeli preemia ja Super-K kiindumust fotolüliti torus.
Hyper-K on nagu Super-K, kuid suurem. 264 miljoni galloni (1 miljard liitrit) vett mahutades on sellel 20-kordne Super-K kogumaht, mis tähendab, et see suudab koguda 20-kordset neutriinode arvu samal ajal kui Super-K. Hyper-K otsib looduslikest orgaanilistest reaktsioonidest (näiteks termotuumasünteesist ja supernoovadest) tulenevad neutriinod kogu universumis alates aastast 2025. Kes teab? Võimalik, et keegi saab ka Nobeli preemia.
PINGU
Ma pole päris kindel, miks füüsikud valivad akronüümid, mida nad teevad hiiglaslike teaduskatsete jaoks. Sel juhul on Pingu Euroopa animeeritud pingviini nimi, kellel on mitmesuguseid ebaõnne ja kes õpib olulisi elutunde Lõuna-mandril. Samuti tähistab see "Precision IceCube Next Generation Upgrade" (PINGU).
Selle lühendi IceCube'i osa viitab suurimale ja halvimale neutriinokatsele maailmas. Lõunapoolusel asuv eksperiment koosneb sügavale polaarjääle vajunud detektorite jadadest, mis kasutavad selle jää kristallselgust sama asja jaoks, mida teevad Super- ja Hyper-K Jaapanis: tuvastavad Cherenkovi kiirguse toodetud neutriinide kaudu, mis tsingivad läbi jää. Katse sai tõepoolest alguse alles mõni aasta tagasi, kuid juba sütitavad teadlased, kes seda juhivad, uuenduse järele.
Siin on miks. IceCube võib olla suur, kuid see ei tähenda, et see oleks kõige parem. Sellel on pimeala: oma tohutu suuruse (terve kuupkilomeeter jää) tõttu on tal raske näha vähese energiatarbimisega neutriinoid; nad lihtsalt ei tee piisavalt poppi ja kihisevat, et IceCube'i detektorid neid näeksid.
Sisenege PINGU-sse: hunnik lisadetektoreid, mis on paigutatud IceCube'i keskpunkti lähedale ja mis on spetsiaalselt ette nähtud Maad tabanud madalama energiaga neutrinode püüdmiseks.
Kui see (loodetavasti) Internetti jõuab, liitub PINGU kogu maailmas armee instrumentide ja detektoritega kogu maailmas, kes üritavad püüda võimalikult palju neist kummituslikest pisimärkidest ja avada nende saladused.
