Κάθε δευτερόλεπτο κάθε μέρα, βομβαρδίζεστε από τρισεκατομμύρια σε τρισεκατομμύρια υποατομικών σωματιδίων, που βγαίνουν από τα βάθη του χώρου. Φυσουν μέσα σας με τη δύναμη ενός κοσμικού τυφώνα, ανατινάξεις σχεδόν στην ταχύτητα του φωτός. Έρχονται από όλο τον ουρανό, ανά πάσα στιγμή της ημέρας και της νύχτας. Διεισδύουν στο μαγνητικό πεδίο της Γης και στην προστατευτική μας ατμόσφαιρα όπως πολύ βούτυρο.
Και όμως, τα μαλλιά στην κορυφή του κεφαλιού σας δεν είναι καν αναστατωμένα.
Τι συμβαίνει?
Μικρή ουδέτερη
Αυτές οι μικροσκοπικές σφαίρες ονομάζονται νετρίνα, ένας όρος που δημιουργήθηκε το 1934 από τον λαμπρό φυσικό Enrico Fermi. Η λέξη είναι αόριστα ιταλική για "λίγο ουδέτερη" και η ύπαρξή τους υποτίθεται ότι εξηγεί μια πολύ περίεργη πυρηνική αντίδραση.
Μερικές φορές τα στοιχεία αισθάνονται λίγο ... ασταθή. Και αν παραμείνουν μόνοι για πολύ καιρό, αυτοί καταρρέουν και μεταμορφώνονται σε κάτι άλλο, κάτι λίγο ελαφρύτερο στον περιοδικό πίνακα. Επιπλέον, ένα μικρό ηλεκτρόνιο θα εξέλθει. Όμως, τη δεκαετία του 1920, οι προσεκτικές και λεπτομερείς παρατηρήσεις αυτών των αποσυντονιών βρήκαν μικροσκοπικές ασυνέχειες. Η συνολική ενέργεια στην αρχή της διαδικασίας ήταν λίγο μικρότερη από την ενέργεια που βγήκε. Τα μαθηματικά δεν προστέθηκαν. Περιττός.
Έτσι, μερικοί φυσικοί δημιούργησαν ένα ολοκαίνουργιο σωματίδιο από ολόκληρο το ύφασμα. Κάτι για να μεταφέρει τη χαμένη ενέργεια. Κάτι μικρό, κάτι ελαφρύ, κάτι χωρίς χρέωση. Κάτι που θα μπορούσε να γλιστρήσει μέσα από τους ανιχνευτές τους απαρατήρητους.
Μια μικρή, ουδέτερη. Ένα νετρίνο.
Χρειάστηκαν άλλες δύο δεκαετίες για να επιβεβαιώσουν την ύπαρξή τους - έτσι είναι ολισθηρό και πεντανόστιμο και ύπουλος. Αλλά το 1956, τα νετρίνα εντάχθηκαν στην αυξανόμενη οικογένεια γνωστών, μετρημένων, επιβεβαιωμένων σωματιδίων.
Και τότε τα πράγματα γίνονται παράξενα.
Αγαπημένη γεύση
Το πρόβλημα άρχισε να γίνεται με την ανακάλυψη του μιονίου, το οποίο συνέπεσε συμπτωματικά περίπου την ίδια στιγμή που η ιδέα για το νετρίνο άρχισε να κερδίζει έδαφος: τη δεκαετία του 1930. Το μιόνιο είναι σχεδόν ακριβώς όπως ένα ηλεκτρόνιο. Ίδια χρέωση. Ίδια περιστροφή. Αλλά είναι διαφορετικό με έναν κρίσιμο τρόπο: Είναι βαρύτερο, πάνω από 200 φορές πιο μαζικό από το αδελφό του, το ηλεκτρόνιο.
Οι Muons συμμετέχουν στις δικές τους αντιδράσεις, αλλά δεν τείνουν να διαρκούν πολύ. Λόγω του εντυπωσιακού όγκου τους, είναι πολύ ασταθείς και γρήγορα διασπώνται σε ντους από μικρότερα κομμάτια ("γρήγορα" εδώ σημαίνει μέσα σε ένα μικροδευτερόλεπτο ή δύο).
Όλα αυτά είναι καλά και καλά, γιατί γιατί οι μιούζικες εντάσσονται στην ιστορία του νετρίνο;
Οι φυσικοί παρατήρησαν ότι οι αντιδράσεις αποσύνθεσης που υποδηλώνουν την ύπαρξη του νετρίνα είχαν πάντα ένα ηλεκτρόνιο και δεν ήταν ποτέ ένα μιόνιο. Σε άλλες αντιδράσεις, θα εμφανιστούν μιόνια και όχι ηλεκτρόνια. Για να εξηγήσουν αυτά τα ευρήματα, υποστήριξαν ότι τα νετρίνα αντιστοιχούσαν πάντοτε με ηλεκτρόνια σε αυτές τις αντιδράσεις αποσύνθεσης (και όχι οποιοδήποτε άλλο είδος νετρίνων), ενώ το ηλεκτρόνιο, το μιονίου πρέπει να ζευγαρώνει με έναν ακόμα μη ανακαλυφθέντα τύπο νετρίνο ... Μετά από όλα, - το φιλικό νετρίνο δεν θα μπορούσε να εξηγήσει τις παρατηρήσεις από τα γεγονότα του μιονίου.
Και έτσι το κυνήγι συνέχισε. Και επάνω. Και επάνω. Δεν ήταν μέχρι το 1962 ότι οι φυσικοί τελικά πήραν μια κλειδαριά για το δεύτερο είδος νετρίνο. Αρχικά ονομάστηκε "ουδέτετο", αλλά πιο ορθολογικά κεφάλια κυριάρχησαν με το σχήμα του αποκαλώντας το μιόνιο-νετρίνο, αφού πάντοτε συνδυάστηκε με αντιδράσεις με το μιονί.
Ο δρόμος του Τάο
Εντάξει, δύο επιβεβαιωμένα νετρίνα. Μήπως η φύση μας έθεσε περισσότερα για μας; Το 1975, οι ερευνητές στο Κέντρο Γραμμικής Επιτάχυνσης του Στάνφορντ κοσμούσαν γενναία τα βουνά μονότονα δεδομένα για να αποκαλύψουν την ύπαρξη ενός ακόμα πιο βαρύτος αδελφού στο ευκίνητο ηλεκτρόνιο και το βαρύ μιόνιο: το ογκώδες tau, που χρονολογείται σε μια εκπληκτική 3.500 φορές τη μάζα του ηλεκτρονίου . Αυτό είναι ένα μεγάλο σωματίδιο!
Έτσι λοιπόν αμέσως το ερώτημα έγινε: Αν υπάρχει μια οικογένεια τριών σωματιδίων, το ηλεκτρόνιο, το μιόν και το tau ... θα μπορούσε να υπάρξει ένα τρίτο νετρίνο, για να ζευγαρωθεί με αυτό το νεοσυσταθέν πλάσμα;
Ίσως, ίσως όχι. Ίσως υπάρχουν μόνο τα δύο νετρίνα. Ίσως υπάρχουν τέσσερις. Ίσως 17. Η φύση δεν έχει εκπληρώσει τις προσδοκίες μας πριν, οπότε δεν υπάρχει λόγος να αρχίσουμε τώρα.
Πέρα από πολλές απεγνωσμένες λεπτομέρειες, τις δεκαετίες, οι φυσικοί έπεισαν να χρησιμοποιήσουν μια ποικιλία πειραμάτων και παρατηρήσεων που θα έπρεπε να υπάρχουν σε ένα τρίτο νετρίνο. Αλλά δεν ήταν μέχρι το τέλος της χιλιετίας, το 2000, ότι ένα συγκεκριμένα σχεδιασμένο πείραμα στο Fermilab (που ονομάζεται χιουμοριστικά το πείραμα DONUT, για την άμεση παρατήρηση του NU Tau και όχι, δεν το κάνω αυτό) τελικά πήρε αρκετές επιβεβαιωμένες εμφανίσεις για να διεκδικήσουν σωστά την ανίχνευση.
Να κυνηγάει τα φαντάσματα
Λοιπόν, γιατί μας ενδιαφέρει τόσο πολύ για τα νετρίνα; Γιατί τους κυνηγούσαμε για πάνω από 70 χρόνια, πριν από τον Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο στη σύγχρονη εποχή; Γιατί οι γενιές των επιστημόνων ήταν τόσο γοητευμένοι από αυτές τις μικρές, ουδέτερες;
Ο λόγος είναι ότι τα νετρίνα συνεχίζουν να ζουν έξω από τις προσδοκίες μας. Για πολύ καιρό δεν ήμασταν σίγουροι ότι υπήρχαν. Για πολύ καιρό, είμαστε πεπεισμένοι ότι ήταν εντελώς άστεγοι, μέχρι που τα πειράματα ανακάλυψαν ενοχλητικά ότι πρέπει να έχουν μάζα. Ακριβώς "πόσο" παραμένει ένα σύγχρονο πρόβλημα. Και τα νετρίνα έχουν αυτή την ενοχλητική συνήθεια να αλλάζουν χαρακτήρα καθώς ταξιδεύουν. Αυτό είναι σωστό, καθώς ένας νετρίνα ταξιδεύει στην πτήση, μπορεί να αλλάξει μάσκες ανάμεσα στις τρεις γεύσεις.
Μπορεί ακόμη να υπάρχει ένα επιπλέον νετρίνο εκεί έξω που δεν συμμετέχει σε καμία συνηθισμένη αλληλεπίδραση - κάτι που είναι γνωστό ως στείρο νετρίνο, το οποίο οι φυσικοί κυνηγούν πεινασμένοι.
Με άλλα λόγια, τα νετρίνα προκαλούν συνεχώς ό, τι γνωρίζουμε για τη φυσική. Και αν υπάρχει κάτι που χρειαζόμαστε, τόσο στο παρελθόν όσο και στο μέλλον, είναι μια καλή πρόκληση.
Paul M. Sutter είναι ένας αστροφυσικός στο Το κρατικό πανεπιστήμιο του Οχάιο, υποδοχής του Ρωτήστε έναν διαστημόπλοιο και Διαστημικό ραδιόφωνο, και συγγραφέας του Η Θέση σας στο Σύμπαν.
