Сваке секунде сваког појединог дана бомбардују вас трилијуни на билионе субатомских честица, туширајући се из дубина свемира. Они пролазе кроз вас снагом космичког урагана који експлодира готово брзином светлости. Долазе са свих страна неба, у свако доба дана и ноћи. Они продиру у Земљино магнетно поље и у нашу заштитну атмосферу попут толико путера.
Па ипак, коса на врху главе није чак ни разбарушена.
Шта се дешава?
Мало неутрално
Ове малене метке називају се неутрини, изразом који је 1934. године сковао бриљантни физичар Енрицо Ферми. Реч је нејасно италијанска за „мало неутралног“, а за њихово постојање је постављена хипотеза да би се објаснила врло радознала нуклеарна реакција.
Понекад се елементи мало осећају ... нестабилно. А ако предуго остају сами, распадају се и претварају се у нешто друго, нешто мало свјетлије на периодичном столу. Поред тога, мало електрона би искакало. Али током 1920-их, пажљивим и детаљним запажањима тих распада пронађена су ситна, нигде одступања. Укупна енергија на почетку процеса била је незнатно већа од енергије која излази. Математика се није сабрала. Чудно.
Дакле, неколико физичара израдило је потпуно нову честицу из целе крпе. Нешто за одвлачење нестале енергије. Нешто мало, нешто лагано, нешто без наплате. Нешто што би могло незапажено проћи кроз њихове детекторе.
Мало, неутрално. Неутрино.
Требало је још неколико деценија да потврде своје постојање - то су колико су клизави, лукави и лукави. Али 1956. године, неутрини су се придружили растућој породици познатих, одмерених, потврђених честица.
А онда су ствари постале чудне.
Омиљени укус
Невоље су почеле да се пију открићем муона, који се случајно догодио отприлике у исто време када је идеја о неутрину почела да се успоставља: 1930-те. Муон је готово тачно попут електрона. Иста наплата. Исти спин. Али другачије је на један пресудан начин: тежа је, преко 200 пута масивнија од своје браће, електрона.
Муони учествују у властитим одређеним врстама реакција, али не теже да трају дуго. Због импресивне масе, веома су нестабилни и брзо пропадају у тушере мањих бита (овде „брзо“ значи у року од микросекунде или две).
То је све добро и добро, па зашто се муони уклапају у причу о неутринама?
Физичари су приметили да реакције распадања које су сугерисале постојање неутрина увек имају испадање електрона, а никада муон. У другим реакцијама, излазили би муони, а не електрони. Да би објаснили ова открића, они су закључили да се неутрино увек уклапа са електронима у тим реакцијама распада (а не са било којом другом врстом неутрина), док се електрон, муон мора парити са још увек неоткривеном врстом неутрина ... Напокон, електрон -пријатан неутрино не би могао да објасни опажања из муонских догађаја.
И тако је лов настављен. И на. И на. Тек 1962. године физичари су коначно закључали другу врсту неутрина. Првобитно је назван "неутретто", али рационалније главе су преовладавале шему звања муон-неутрино, пошто се увек упаривала у реакцијама са муоном.
Пут Таоа
Ок, два потврђена неутрина. Да ли нас је природа имала више? 1975. године, истраживачи Центра за линеарни акцелератор у Станфорду храбро су преселили планине монотоних података да би открили постојање још тежег брата са брбљивим електроном и снажним муоном: удувавајућим тауом, који се уклапа у огромних 3,500 пута веће масе електрона. . То је велика честица!
Па је одмах постало питање: Ако постоји породица од три честице, електрона, муона и тауа ... може ли постојати трећи неутрино, који би се упарио с тим новопеченим створењем?
Можда можда не. Можда постоје само два неутрина. Можда их има четири. Можда 17. Природа није тачно испунила наша очекивања, тако да нема разлога за почетак сада.
Прескачући многе грозне детаље, током деценија физичари су се убедили користећи разне експерименте и запажања да би трећи неутрино требао постојати. Али тек на крају миленијума, 2000. године, посебно дизајнирани експеримент у Фермилабу (шаљиво назван ДОНУТ експеримент, за директно посматрање НУ Тау, и не, то не измишљам) коначно је добио довољно потврђених виђења да се оправдано затражи откривање.
Прогони духове
Па зашто нас толико брига за неутрине? Зашто их прогањамо више од 70 година, од пре Другог светског рата до модерне ере? Зашто су генерације научника толико фасциниране тим малим, неутралним?
Разлог је тај што неутрини и даље живе изван наших очекивања. Дуго времена нисмо ни били сигурни да постоје. Дуго смо били уверени да су потпуно масовне, све док експерименти досадно нису открили да морају имати масу. Тачно "колико" остаје модеран проблем. И неутрини имају ту неугодну навику да мењају карактер док путују. Тако је, како неутрино путује током лета, може да пребаци маске међу три укуса.
Можда је још увек присутан додатни неутрин који не учествује у уобичајеним интеракцијама - нешто познато као стерилни неутрино за којим физичари гладно траже.
Другим речима, неутрини непрестано изазивају све што знамо о физици. А ако нам треба једна ствар, и у прошлости и у будућности, то је добар изазов.
Паул М. Суттер је астрофизичар у Државни универзитет у Охају, домаћин Питајте свемира и Свемирски радиои аутора Ваше место у универзуму.
