Неутрини су можда најзанимљивија од познатих честица. Једноставно лебде по свима познатим правилима како се честице требају понашати. Они се ругају нашим феноменалним детекторима. Као космичке мачке, безбрижно и безбрижно ходају по свемиру, повремено комуницирајући с нама осталима, али стварно само кад се тако осете, што искрено није све тако често.
Највише фрустрира од свега, носе маске и никад не изгледају двапут исто.
Али нови експеримент нас је можда одвео само корак ближе уклањању тих маски. Откривање истинског неутриног идентитета могло би помоћи у одговору на дугогодишња питања, попут тога да ли су неутрини властити партнери против антиматерије, а чак би могло помоћи и обједињавању снага природе у једну кохезијску теорију.
Велики проблем
Неутрини су чудни. Постоје три врсте: неутрон електрона, муонски неутрино и тау неутрино. (Постоје и верзије тих трију честица, али то није велики део ове приче.) Названи су тако јер се ове три врсте друже са три различите врсте честица. Електронски неутрини се придружују интеракцијама које укључују електроне. Муонски неутрини се спајају с муонима. Неће се додељивати бодови за погађање са чиме тау неутрино интерактивно делује.
До сада то уопште није чудно. Ево чудног дела.
За честице које су не неутрини - попут електрона, муона и тау честица - оно што видите је оно што добијете. Те честице су потпуно исте, осим њихове масе. Ако приметите честицу са масом електрона, она ће се понашати онако како би се електрон требао понашати, а исто важи и за муон и за тау. Шта више, једном када опазите електрон, он ће увек бити електрон. Ништа више ништа мање. Исто за муон и тау.
Али исто не важи за њихове рођаке, неутроне, електроне, муоне и тау.
Оно што ми зовемо, рецимо, "тау неутрино" није увек тау неутрино. Може да промени свој идентитет. Средином лета може постати неутрон електрона или муона.
Ова чудна појава коју у основи нико није очекивао назива се неутрино осцилација. То између осталог значи и да можете да створите неутрино електроне и пошаљете га свом најбољем пријатељу као поклон. Али док их добију, можда ће бити разочарани ако уместо њега пронађу тау неутрино.
Теетер-тоттер
Из техничких разлога, неутрино осцилација делује само ако постоје три неутрина са три различите масе. Али неутрини који осцилирају нису неутрини са аромом електрона, муона и тауа.
Уместо тога, постоје три "истинска" неутрина, сваки са различитим, али непознатим масама. Посебна комбинација ових истинских, основних неутрина ствара сваки од неутрино арома које детектирамо у нашим лабораторијама (електрон, муон, тау). Дакле, лабораторијски мерена маса је нека мешавина правих неутринских маса. У међувремену, маса сваког правог неутрина у мешавини регулише колико често се улива у сваки од различитих укуса.
Посао физичара сада је да растављају све односе: Које су масе тих правих неутрина и како се они мешају да би направили три укуса?
Дакле, физичари су у лову да открију масе "правих" неутрина гледајући када и колико често мењају укусе. Опет, физички жаргон је врло корисан када ово објашњава, јер су имена ова три неутрина једноставно м1, м2 и м3.
Различити напорни експерименти научили су научнике неким стварима о масама правих неутрина, бар индиректно. На пример, знамо за неке односе између квадрата маса. Али не знамо тачно колико било који истински неутрин тежи, а не знамо који су тежи.
Могло би бити да је м3 најтежи, далеко превазилази м2 и м1. То се назива "нормално наређивање", јер се чини прилично нормално - а то су физичари који су наредили претпостављали пре више деценија. Али на основу нашег тренутног знања, могло би се рећи и да је м2 најтежи неутрино, с м1 не заостаје и м3 пун у поређењу. Овај сценарио се назива „обрнуто наређивање“, јер значи да смо у почетку погодили погрешан поредак.
Наравно, постоје кампови теоретичара који су за сваки од ових сценарија тачни. Теорије које покушавају објединити све (или барем већину) природних сила под једним кровом обично захтијевају нормално редослијед неутрино-масе. С друге стране, редослед претварања масе је неопходан да би неутрино био свој близанац са честицама. И ако је то истина, могло би вам помоћи објаснити зашто у свемиру постоји више материје него антиматерије.
ДеепЦоре тренинг
Шта је то: нормално или обрнуто? То је једно од највећих питања која ће се појавити у протеклих неколико деценија неутриног истраживања, а управо је то питање на које је масивна опсерваторија ИцеЦубе Неутрино била осмишљена да одговори. Смештена на Јужном полу, опсерваторија се састоји од десетина низова детектора који су потонули у ледени лист Антарктика, са централним „ДеепЦоре“ од осам жица ефикаснијих детектора способних да виде интеракције ниже енергије.
Неутрини једва разговарају са нормалном материјом, тако да су савршено способни да млазу право кроз тело Земље. И док то учине, претвориће се у различите окусе. Свако ретко, они ће погодити молекулу у антарктичком леденом листу у близини ИцеЦубе детектора, покрећући каскадни туш честица које емитују изненађујуће плаву светлост звану Черенков зрачење. Ово свјетло детектира жице ИцеЦубе.
У недавном раду објављеном у часопису аркив пред штампање, научници компаније ИцеЦубе користили су три године ДеепЦоре податке за мерење колико сваке врсте неутрина је прошло кроз Земљу. Напредак је, наравно, спори, јер је неутринове тако тешко ухватити. Али у овом раду. научници пријављују благу предност у подацима за нормално наручивање (што би значило да смо претпостављали пре деценије). Међутим, још нису нашли ништа превише увјерљиво.
Је ли ово све што ћемо добити? Сигурно не. ИцеЦубе се ускоро припрема за велику надоградњу, а нови експерименти попут Прецисион ИцеЦубе Нект Генератион Упграде (ПИНГУ) и Дееп Ундергроунд Неутрино Екперимент (ДУНЕ) припремају се и за рјешавање овог централног питања. Ко је знао да ће тако једноставно питање о редоследу неутринских маса открити толико начина на који свемир функционише? Штета што није лако питање.
Паул М. Суттер је астрофизичар у Државни универзитет у Охају, домаћин "Питајте свемира" и "Свемирски радио, "и аутор"Ваше место у универзуму."
