Neutrinai yra nemandagios subatominės dalelės, sukurtos atliekant įvairius branduolinius procesus. Jų vardas, reiškiantis „mažą neutralų“, reiškia, kad jie neturi elektros krūvio. Iš keturių pagrindinių jėgų Visatoje neutrinai sąveikauja tik su dviem - gravitacija ir silpna jėga, kuri yra atsakinga už radioaktyvų atomų skilimą. Beveik neturi masės, ir beveik šviesos greičiu zip per kosmosą.
Nesuskaičiuojama daugybė neutrinų atsirado per kelias sekundes po Didžiojo sprogimo. Ir visą laiką kuriami nauji neutrinai: branduolinėse žvaigždžių širdyse, dalelių greitintuvuose ir atominiuose reaktoriuose Žemėje, sprogstamojo supernovų griūties metu ir kai radioaktyvieji elementai suyra. Tai reiškia, kad, pasak fiziko Karsteno Heegerio iš Jeilio universiteto, New Haven, Konektikutas, Visatoje yra vidutiniškai 1 milijardą kartų daugiau neutrinų nei protonų.
Nepaisant visur esančių neutrinų, jie vis dar lieka paslaptimi fizikams, nes daleles taip sunku sugauti. Neutrinos teka pro didžiąją dalį reikšmės, lyg tai būtų šviesos spinduliai, einantys pro skaidrų langą, vargu ar sąveikaujantys su viskuo kitu. Šiuo metu per kiekvieną kūno kvadratinį centimetrą praeina maždaug 100 milijardų neutrinų, nors nieko nepajusite.
Nematomų dalelių atradimas
Neutrinai pirmiausia buvo paskelbti kaip atsakymas į mokslinę paslaptį. XIX amžiaus pabaigoje tyrėjai suabejojo reiškiniu, vadinamu beta irimu, kai branduolys, esantis atomo viduje, spontaniškai skleidžia elektroną. Panašu, kad beta beta skilimas pažeidė du pagrindinius fizinius įstatymus: energijos taupymą ir impulsų išsaugojimą. Beta irimo metu atrodė, kad galutinė dalelių konfigūracija turi šiek tiek per mažai energijos, o protonas stovėjo vietoje, o ne trankėsi priešinga elektrono kryptimi. Tik 1930 m. Fizikas Wolfgangas Pauli pasiūlė idėją, kad iš branduolio gali skristi papildoma dalelė, nešanti trūkstamą energiją ir pagreitį.
"Aš padariau baisų dalyką. Postuliavau dalelę, kurios neįmanoma aptikti", - sakė Paulius draugui, užsimindamas apie tai, kad jo hipotezėje nurodytas neutrinas buvo toks vaiduokliškas, kad jis vos nesusikalbės su niekuo ir turės mažai ar neturi masės. .
Praėjus daugiau nei ketvirčiui amžiaus, fizikai Clyde Cowan ir Frederick Reines pastatė neutrinų detektorių ir pastatė jį už atominio reaktoriaus atominėje Savannah upės elektrinėje Pietų Karolinoje. Jų eksperimentui pavyko užgrobti kelis šimtus trilijonų neutrinų, kurie skraidė iš reaktoriaus, o Cowan ir Reines išdidžiai pasiuntė Pauliui telegramą, kad informuotų jį apie jų patvirtinimą. Reinesas laimės Nobelio fizikos premiją 1995 m. - tuo metu Cowan mirė.
Bet nuo to laiko neutrinai nuolat nepaisė mokslininkų lūkesčių.
Saulė gamina didžiulį skaičių neutrinų, kurie bombarduoja Žemę. XX amžiaus viduryje tyrėjai pastatė detektorius, ieškančius šių neutrinų, tačiau jų eksperimentai vis rodė neatitikimą, aptikdami tik apie trečdalį numatytų neutrinų. Ar kažkas buvo negerai su astronomų saulės modeliais, arba vyko kažkas keisto.
Fizikai galiausiai suprato, kad neutrinai gali būti trijų skirtingų skonių ar rūšių. Paprastasis neutrinas vadinamas elektroniniu neutrinu, tačiau taip pat egzistuoja dar du skoniai: muono neutrinas ir tau neutrinas. Važiuodami atstumu tarp saulės ir mūsų planetos, neutrinai svyruoja tarp šių trijų tipų, todėl šiems ankstyviesiems eksperimentams, kurie buvo skirti tik ieškoti vieno skonio, trūko dviejų trečdalių viso jų skaičiaus.
Tačiau šį svyravimą gali patirti tik masės dalelės, prieštaraujančios ankstesnėms mintims, kad neutrinai buvo beveidžiai. Nors mokslininkai vis dar nežino tikslių visų trijų neutrinų masių, eksperimentais nustatyta, kad sunkiausias iš jų turi būti bent 0,0000059 kartus mažesnis už elektrono masę.
Naujos neutrinų taisyklės?
2011 m. Italijoje vykusio eksperimento „Emulsijos kėlimo aparatas (OPERA)“ osciliacijos projekto tyrėjai sukėlė pasaulinę sensaciją paskelbdami, kad aptiko neutrinus, važiuojančius greičiau nei šviesos greitis - tariamai neįmanoma įmonė. Nors rezultatai buvo plačiai skelbiami žiniasklaidoje, mokslininkai sulaukė didelio skepticizmo. Mažiau nei po metų fizikai suprato, kad dėl netinkamos instaliacijos buvo imituojamas greičiau nei šviesa atradimas, o neutrinai grįžo į kosmiškai įstatymų besilaikančių dalelių sritį.
Tačiau mokslininkai dar turi daug sužinoti apie neutrinus. Neseniai „Fermi“ nacionalinės greitintuvo laboratorijos (Fermilab) netoli Čikagos „Mini Booster“ neutrino eksperimento („MiniBooNE“) tyrėjai pateikė įtikinamų įrodymų, kad jie aptiko naujo tipo neutriną, vadinamą steriliu neutrinu. Tokia išvada patvirtina ankstesnę anomaliją, matytą skysčio scintiliatoriaus neutralizatorių detektoriuje (LSND) - eksperimentą Los Alamoso nacionalinėje laboratorijoje Naujojoje Meksikoje. Sterilūs neutrinai apimtų visą žinomą fiziką, nes jie netelpa į vadinamąjį standartinį modelį - sistemą, paaiškinančią beveik visas žinomas daleles ir jėgas, išskyrus sunkumą.
Jei nauji „MiniBooNE“ rezultatai liks, „Tai būtų didžiulis; tai viršija standartinį modelį; tam prireiktų naujų dalelių ... ir visiškai naujos analitinės struktūros“, - „Live Science“ pasakojo Dakeio fizikė Kate Scholberg iš Duke universiteto.
