Τα νετρίνα είναι ίσως τα πιο υποτιμημένα σωματίδια που είναι γνωστά στην ανθρωπότητα. Ο φυσικός, ο έξυπνος τύπος και ο έξυπνος φορέας Wolfgang Pauli πρότειναν για πρώτη φορά την ύπαρξή τους το 1930 ως ένα κομμάτι παζλ που λείπει - ορισμένες πυρηνικές αντιδράσεις είχαν περισσότερες συνέπειες από ό, τι είχαν βγει. Ο Pauli υποστήριξε ότι έπρεπε να εμπλακεί κάτι μικροσκοπικό και αόρατο - ως εκ τούτου, το νετρίνο, το οποίο είναι ιταλικό για "λίγο ουδέτερο".
Τις δεκαετίες μετά την αρχική αυτή πρόταση, έχουμε έρθει να γνωρίσουμε και να αγαπήσουμε - αλλά όχι πλήρως κατανοητό - αυτούς τους μικρούς ουδέτερους φίλους. Έχουν λίγη μάζα, αλλά δεν είμαστε σίγουροι πόσο. Και μπορούν να μεταμορφωθούν από ένα είδος νετρίνων (που ονομάζεται "γεύση", γιατί γιατί όχι) σε άλλο, αλλά δεν είμαστε σίγουροι πώς.
Όποτε οι φυσικοί δεν καταλαβαίνουν κάτι, γίνονται πραγματικά ενθουσιασμένοι, διότι, εξ ορισμού, η απάντηση στο αίνιγμα πρέπει να βρίσκεται έξω από την γνωστή φυσική. Έτσι, το μυστήριο της μάζας και της μίξης του νετρίνο μπορεί να μας δώσει ενδείξεις για τέτοια μυστήρια όπως τις πρώτες στιγμές της Μεγάλης Έκρηξης.
Ένα μικρό πρόβλημα: μικρότητα. Τα νετρίνα είναι μικροσκοπικά και σχεδόν ποτέ δεν μιλάνε στην κανονική ύλη. Τρισεκατομμύρια δισεκατομμύρια διέρχονται από το σώμα σας αυτή τη στιγμή. Τους παρατηρείτε; Όχι, δεν το κάνετε. Για να σκάψουμε πραγματικά τις ιδιότητες του νετρίνο, πρέπει να πάμε μεγάλες και τρία νέα πειράματα νετρίνων έρχονται σύντομα online για να μας δώσουν μια λαβή για τα πράγματα. Ελπίζουμε.
Ας εξερευνήσουμε:
ΑΜΜΟΛΟΦΟΣ
Μπορεί να έχετε ακούσει τον ενθουσιασμό για μια νέα έκδοση του κλασικού μυθιστορήματος sci-fi "Dune". Αυτό δεν είναι. Αντίθετα, αυτό το DUNE αντιπροσωπεύει το "Deep Underground Neutrino Experiment", το οποίο αποτελείται από δύο μέρη. Το πρώτο μέρος θα είναι στο Fermilab του Illinois και θα περιλαμβάνει ένα τεράστιο όπλο νετρίνο που θα επιταχύνει τα πρωτόνια κοντά στην ταχύτητα του φωτός, θα τα σπάσει σε πράγματα και θα πυροβολήσει τρισεκατομμύρια νετρίνα ανά δευτερόλεπτο από το επιχειρηματικό τέλος.
Από εκεί, τα νετρίνα θα ταξιδέψουν σε ευθεία γραμμή (επειδή αυτό είναι όλο που ξέρουν πώς να το κάνουν) μέχρι να φτάσουν στο δεύτερο μέρος, περίπου 800 μίλια (1.300 χιλιόμετρα), στο Sanford Underground Research Facility της Νότιας Ντακότα. Γιατί υπόγεια; Επειδή τα νετρίνα ταξιδεύουν σε ευθεία γραμμή (πάλι, δεν υπάρχει επιλογή) αλλά η Γη είναι καμπύλη, οπότε ο ανιχνευτής πρέπει να καθίσει περίπου 1,6 χλμ κάτω από την επιφάνεια. Και αυτός ο ανιχνευτής είναι περίπου 40.000 τόνοι (36.000 μετρικοί τόνοι) υγρού αργού.
Hyper-Kamiokande
Ο προκάτοχος του Hyper-Kamiokande ("Hyper-K", αν θέλετε να είστε δροσεροί στα πάρτι φυσικής) ήταν ο εύχρηστος Super-Kamiokande ("Super-K" για τους ίδιους λόγους) , Ιαπωνία. Πρόκειται για μια αρκετά απλή εγκατάσταση και για τα δύο όργανα: μια γιγαντιαία δεξαμενή πολύ καθαρού νερού που περιβάλλεται από σωλήνες φωτοπολλαπλασιαστή, οι οποίοι ενισχύουν πολύ ελαφρά ελαφριά σήματα.
Κάθε φορά σε ένα εξαιρετικά σπάνιο διάστημα, ένα νετρίνο χτυπά ένα μόριο νερού, προκαλώντας ένα ηλεκτρόνιο ή ένα ποζιτρόνιο (ο συνεργάτης του αντιύλου του ηλεκτρονίου) να απομακρύνεται γρηγορότερα από την ταχύτητα του φωτός στο νερό. Αυτό προκαλεί μια αναλαμπή γαλαζοπράσινου φωτός που ονομάζεται ακτινοβολία Cherenkov, και ότι το φως συλλαμβάνεται από τους σωλήνες φωτοπολλαπλασιαστή. Μελετήστε το φλας, κατανοήστε το νετρίνο.
Super-K που έγινε super-ιστορία το 1998, όταν παρείχε τα πρώτα στερεά στοιχεία ότι τα νετρίνα αλλάζουν γεύση καθώς πετούν, με βάση τις παρατηρήσεις των νετρίνων που παράγονται στα βαθύτερα βάθη του πυρήνα του ήλιου. Η ανακάλυψη έσωσε τον φυσικό Takaaki Kajita ένα βραβείο Νόμπελ και το Super-K ένα στοργικό κτύπημα στον σωλήνα φωτοπολλαπλασιαστή.
Το Hyper-K είναι σαν το Super-K αλλά μεγαλύτερο. Με χωρητικότητα 264 εκατομμυρίων γαλλίων (1 δισεκατομμύριο λίτρα) νερού, έχει 20 φορές τον όγκο συλλογής του Super-K, πράγμα που σημαίνει ότι μπορεί δυνητικά να συγκεντρώσει 20 φορές τον αριθμό των νετρίνων ταυτόχρονα Super-K. Το Hyper-K θα αναζητήσει νετρίνα που παράγονται από φυσικές, οργανικές αντιδράσεις, όπως η σύντηξη και τα σουπερνόβα, σε όλο το σύμπαν, ξεκινώντας γύρω στο 2025. Ποιος ξέρει; Μπορεί επίσης να πάρει κάποιον ένα βραβείο Νόμπελ.
PINGU
Δεν είμαι ακριβώς σίγουρος γιατί οι φυσικοί επιλέγουν τα ακρωνύμια που κάνουν για πειράματα γιγαντιαίων επιστημών. Στην περίπτωση αυτή, το Pingu είναι το όνομα ενός ευρωπαϊκού κινούμενου πιγκουίνου που έχει διάφορες κακοτυχίες και μαθαίνει σημαντικά μαθήματα ζωής στη νότια ήπειρο. Επίσης, σημαίνει αναβάθμιση επόμενης γενιάς "Precision IceCube" (PINGU).
Το τμήμα IceCube αυτού του αρκτικόλεξου αναφέρεται στο μεγαλύτερο, κακότερο πείραμα νετρίνο στον κόσμο. Με βάση το Νότιο Πόλο, το πείραμα αποτελείται από χορδές ανιχνευτών που βυθίστηκαν βαθιά μέσα στο πολικό φύλλο πάγου που θα χρησιμοποιήσει την κρυστάλλινη σαφήνεια αυτού του πάγου για να κάνει το ίδιο πράγμα που κάνουν τα Super- και Hyper-K στην Ιαπωνία: ανίχνευση της ακτινοβολίας Cherenkov που παράγεται από τα νετρίνα που ζουν μέσα στον πάγο. Το πείραμα ξεκίνησε πριν από λίγα χρόνια, αλλά ήδη οι επιστήμονες που το τρέχουν είναι φανατικοί για αναβάθμιση.
Εδώ γιατί. Το IceCube μπορεί να είναι μεγάλο, αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι είναι το καλύτερο σε όλα τα πράγματα. Έχει ένα τυφλό σημείο: Λόγω του τεράστιου μεγέθους του (ένα ολόκληρο κυβικό χιλιόμετρο πάγου), έχει έναν σκληρό χρόνο να βλέπει χαμηλής ενέργειας νετρίνα. απλά δεν κάνουν αρκετά ποπ και fizzle να δει από τους ανιχνευτές του IceCube.
Πληκτρολογήστε PINGU: μια δέσμη πρόσθετων ανιχνευτών, τοποθετημένα κοντά στο κέντρο του IceCube, ειδικά σχεδιασμένα για να πιάσουν τα νετρίνα χαμηλότερης ενέργειας που χτυπούν τη Γη.
Όταν (ελπίζω) έρθει σε απευθείας σύνδεση, η PINGU θα ενταχθεί στον στρατό των οργάνων και ανιχνευτών σε όλο τον κόσμο που προσπαθούν να πιάσουν όσο το δυνατόν περισσότερα από αυτά τα φανταστικά μικρά σχεδόν όπλα και να ξεκλειδώσουν τα μυστικά τους.
