Neutrinod on teadaolevatest osakestest ilmselt kõige mõistatuslikumad. Nad rikuvad lihtsalt kõiki teadaolevaid reegleid, kuidas osakesed peaksid käituma. Nad karjuvad meie väljamõeldud detektorite üle. Nagu kosmilised kassid, lõksuvad nad kogu muretult ja muretult kogu universumis, suheldes aeg-ajalt ka meie ülejäänud inimestega, kuid tegelikult ainult siis, kui nad seda tunnevad, mis ausalt polegi nii sageli.
Kõige masendavam on see, et nad kannavad maske ega näe kunagi kaks korda sama moodi.
Kuid uus katse võis viia meid vaid sammu lähemale nende maskide rippimisele. Tõelise neutriinoidentiteedi paljastamine võiks aidata vastata pikaajalistele küsimustele, näiteks kas neutriinod on nende enda antimaterjalide partnerid, ja see võib aidata isegi loodusjõude ühendada üheks sidusaks teooriaks.
Suur probleem
Neutrinod on imelikud. Neid on kolme tüüpi: elektronide neutriino, müoni neutriino ja tau neutriino. (Neil kolmel on ka osakestevastaseid versioone, kuid see ei ole selle loo suur osa.) Neid nimetatakse nii, sest need kolm tüüpi saavad pidutseda kolme erinevat tüüpi osakestega. Elektronide neutriinod liituvad elektronidega seotud interaktsioonidega. Muunide neutriinode moodustatakse kuunidega. Tau neutriino koosmõju arvamise eest punkte ei anta.
Siiani pole see üldse imelik. Siit tuleb imelik osa.
Osakeste jaoks, mis on mitte neutriinod - nagu elektronid, müonid ja tau osakesed - mida näete, saate ka selle, mida saate. Need osakesed on kõik ühesugused, välja arvatud nende massid. Kui märkate osakese elektroni massiga, käitub see täpselt nii, nagu peaks käituma elektron, sama kehtib müoni ja tau kohta. Veelgi enam, kui olete märganud elektroni, on see alati elektron. Ei midagi enamat, mitte midagi vähemat. Sama koonu ja tau puhul.
Kuid sama ei kehti nende nõbude, elektronide, müonide ja tau neutriinode kohta.
See, mida me nimetame, näiteks, tau neutrino, ei ole alati tau neutrino. See võib muuta oma identiteeti. See võib muutuda keskööl, elektronide või müoonide neutriinoks.
Seda imelikku nähtust, mida põhimõtteliselt keegi ei oodanud, nimetatakse neutriino võnkumiseks. See tähendab muu hulgas, et võite luua elektronneutriino ja saata selle kingituseks oma parimale sõbrale. Kuid selleks ajaks, kui nad selle saavad, võivad nad pettuda, kui leiavad selle asemel tau neutriino.
Teeter-totter
Tehnilistel põhjustel töötab neutriino võnkumine ainult siis, kui on olemas kolm erineva massiga neutriino. Kuid võnkuvad neutriinod ei ole elektronide, kuunide ja tau maitselised neutriinod.
Selle asemel on kolm "tõelist" neutriino, millel kõigil on erinev, kuid tundmatu mass. Nendest tõelistest, fundamentaalsetest neutriinodest koosnev eristatav segu loob kõik neutriino maitsed, mida meie laborites tuvastame (elektron, koon, tau). Seega on laboris mõõdetud mass nende tõeliste neutriinomasside segu. Samal ajal reguleerib segu segu tõelise neutriino mass, kui sageli see erinevatesse maitseainetesse torkab.
Füüsikute ülesanne on nüüd kõik seosed lahti harutada: kui suured on nende tõeliste neutriinode massid ja kuidas need kolm maitset kokku moodustades omavahel segunevad?
Nii on füüsikud jahil, et paljastada "tõeliste" neutriinode massid, vaadates, millal ja kui sageli nad maitset vahetavad. Füüsika kõnepruuk on selle selgitamisel jällegi väga kasutu, kuna nende kolme neutriino nimed on lihtsalt m1, m2 ja m3.
Erinevad vaevarikkad katsed on teadlastele õpetanud vähemalt kaudselt tõeliste neutriinode masside kohta asju. Näiteks teame mõnda seost masside ruudu vahel. Kuid me ei tea täpselt, kui palju mõni tõeline neutriino kaalub, ja me ei tea, millised neist on raskemad.
Võib juhtuda, et m3 on kõige raskem, ületades oluliselt m2 ja m1. Seda nimetatakse "normaalseks tellimiseks", kuna see tundub üsna normaalne - ja see oli tellimisfüüsikute poolt oletatavasti aastakümnete tagune oletus. Kuid praeguste teadmiste põhjal võib juhtuda ka see, et m2 on kõige raskem neutriino, kus m1 pole kaugel taga ja m3 on võrdluses võrdne. Seda stsenaariumi nimetatakse ümberpööratud tellimiseks, kuna see tähendab, et arvasime algselt vales järjekorras.
Muidugi leidub teoreetikute laagreid, et kõik need stsenaariumid oleksid tõesed. Teooriad, mis üritavad kõiki (või vähemalt enamikku) loodusjõude ühe katuse all ühendada, nõuavad tavaliselt normaalset neutriino-massi järjestamist. Teisest küljest on vajalik massi ümberpööramine, et neutriino oleks oma osakestevastane kaksik. Ja kui see oli tõsi, võib see aidata selgitada, miks universumis on rohkem ainet kui antimaterjali.
DeepCore treening
Mis see on: tavaline või tagurpidi? See on üks suurimaid küsimusi, mis viimastel paarikümneaastastel neutriino-uuringutel esile kerkib, ja see on täpselt selline küsimus, millele massiivne IceCube Neutrino observatoorium vastamiseks mõeldud oli. Lõunapoolusel asuv observatoorium koosneb kümnetest Antarktika jääle vajunud detektorite jadadest, mille keskne "DeepCore" koosneb kaheksast jaamast tõhusamast detektorist, mis on võimelised nägema madalama energiaga interaktsioone.
Neutrinod räägivad vaevalt normaalse mateeriaga, nii et nad on täiesti võimelised otse Maakera kaudu läbi jooma. Ja seda tehes muutuvad nad mitmesugusteks maitseteks. Iga kord harva löövad nad Antarktika jäälehel IceCube'i detektori lähedal molekuli, käivitades kaskaadduubi osakestest, mis eraldavad üllatavalt sinist valgust, mida nimetatakse Cherenkovi kiirguseks. Just seda valgust tuvastavad IceCube'i stringid.
Hiljutises trükis, mis avaldati eeltrükiajakirjas arXiv, kasutasid IceCube'i teadlased kolme aasta jooksul DeepCore'i andmeid, et mõõta, mitu igat tüüpi neutriinot läbis Maa. Edusammud on muidugi aeglased, kuna neutriinoid on nii raske tabada. Kuid selles töös. teadlased väidavad, et andmed eelistavad tavalist tellimist (see tähendaks, et arvasime õige aastakümneid tagasi). Kuid nad pole veel midagi liiga veenvat leidnud.
Kas see on kõik, mis me saame? Kindlasti mitte. IceCube valmistub peatselt suureks uuenduseks ja ka selle keskse küsimuse lahendamiseks valmistuvad uued eksperimendid, nagu näiteks Precision IceCube Next Generation Upgrade (PINGU) ja Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE). Kes teadis, et nii lihtne küsimus neutriinomasside järjestamise kohta paljastab nii palju universumi toimimisviisist? See on liiga halb, see pole ka lihtne küsimus.
Paul M. Sutter on astrofüüsik juures Ohio Riiklik Ülikool, host "Küsi kosmosemehelt" ja "Kosmoseraadio, "ja" autoriSinu koht universumis."
