Neutrina jsou možná nejvíce podceňovanými částicemi, které lidstvo zná. Fyzik, chytrý člověk a chytrý aleck Wolfgang Pauli poprvé navrhl jejich existenci v roce 1930 jako chybějící kousek skládačky - určité jaderné reakce se začaly více, než vycházely. Pauli usoudil, že musí být zapojeno něco nepatrného a neviditelného - tedy neutrino, které je pro italskou „neutrální“ trochu italské.
V desetiletích od tohoto prvotního návrhu jsme poznali a milovali - ale ne úplně - pochopili - ty malé neutrální chlapíky. Mají trochu hmoty, ale nejsme si jisti, kolik. A mohou morfovat z jednoho druhu neutrina (nazývaného „příchuť“, protože proč ne?) Na jiný, ale nejsme si jisti, jak.
Kdykoli fyzici něčemu nerozumí, jsou opravdu nadšeni, protože podle definice musí odpověď na hádanku ležet mimo známou fyziku. Takže tajemství hmoty neutrin a míchání nám může dát vodítka k takovým záhadám, jako jsou nejranější okamžiky Velkého třesku.
Jeden malý problém: drobnost. Neutrina jsou malá a téměř nikdy nemluví s normální hmotou. Právě vaše tělo prochází biliony za biliony. Všimnete si jich? Ne, ne. Abychom se opravdu mohli pustit do vlastností neutrinů, musíme jít do velké míry a brzy přicházejí tři nové experimenty s neutriny, abychom nám poskytli informace o věcech. Doufáme.
Pojďme prozkoumat:
DUNA
Možná jste už slyšeli vzrušení z remake klasického sci-fi románu „Duna“. To není ono. Místo toho tento DUNE znamená „Experiment s hlubokým podzemním Neutrinem“, který se skládá ze dvou částí. První část bude ve Fermilabu ve státě Illinois a bude zahrnovat obrovskou zbraň neutrina ve stylu geniálního zla, která urychlí protony téměř na rychlost světla, rozbije je do věcí a za sekundu z obchodního konce vyhodí biliony neutrin.
Odtamtud budou neutrina cestovat po přímce (protože to je vše, co umí), dokud nezasáhnou část dvě, asi 800 mil (1300 km) v podzemním výzkumném zařízení v Sanfordu v Jižní Dakotě. Proč v podzemí? Protože neutrina cestují po přímce (opět bez možnosti volby), ale Země je zakřivená, detektor musí sedět asi 1,6 km pod povrchem. A tento detektor má asi 40 000 tun (36 000 metrických tun) tekutého argonu.
Hyper-Kamiokande
Předchůdcem brzkého Hyper-Kamiokande („Hyper-K“, pokud chcete být na fyzických večírcích v pohodě) byl výstižně pojmenovaný Super-Kamiokande („Super-K“ ze stejných důvodů), který se nachází nedaleko Hidy , Japonsko. Je to docela jednoduché nastavení pro oba nástroje: obrovský tank ultračisté vody obklopený fotonásobičovými trubicemi, které zesilují velmi slabé světelné signály.
Neutrálně pokaždé ve velmi vzácné chvíli zasáhne molekulu vody, což způsobí, že se elektron nebo pozitron (antihmotný partner elektronu) odstrčí rychleji než rychlost světla ve vodě. To způsobuje záblesk namodralého světla zvaného Cherenkovovo záření a toto světlo je zachyceno fotonásobiči. Studujte záblesk, pochopte neutrino.
Super-K udělal super-historii v roce 1998, kdy poskytl první solidní důkaz, že neutrina mění chuť, když létají, na základě pozorování neutrin, produkovaných v pekelných hlubinách jádra slunce. Objev objevil nabitého fyzika Takaaki Kajita za Nobelovu cenu a super-K milující pat na fotonásobičové trubici.
Hyper-K je jako Super-K, ale větší. S kapacitou 264 milionů galonů (1 miliarda litru) vody má 20násobek objemu sběru Super-K, což znamená, že může potenciálně sbírat 20násobek počtu neutrin ve stejnou dobu, jakou může Super-K. Hyper-K bude hledat neutrina produkovaná přirozenými, organickými reakcemi, jako je fúze a supernovy, napříč vesmírem, počínaje rokem 2025. Kdo ví? Může to také získat Nobelovu cenu.
PINGU
Nejsem si úplně jistý, proč si fyzici vybrali zkratky, které dělají pro obrovské vědecké experimenty. V tomto případě je Pingu jméno evropského animovaného tučňáka, který má různé omyly a učí se důležitým životním lekcím na jižním kontinentu. To také znamená "Precision IceCube Next Generation Upgrade" (PINGU).
Část IceCube této zkratky označuje největší, nejhorší experiment s neutriny na světě. Experiment založený na jižním pólu sestává z řetězců detektorů zapuštěných hluboko do polární ledové vrstvy, které budou používat křišťálovou čistotu tohoto ledu, aby udělali to samé, co Super- a Hyper-K v Japonsku: detekují Cherenkovovo záření produkoval neutrinos zinging přes led. Experiment skutečně začal jen před několika lety, ale vědci, kteří ho provozují, už touží po upgradu.
Tady je důvod. IceCube může být velký, ale to neznamená, že je to vůbec nejlepší. Má slepé místo: Vzhledem k jeho obrovské velikosti (celý kubický kilometr ledu) má těžko vidět nízkoenergetická neutrina; prostě nedělají tolik popu a fizzle, aby je mohli vidět detektory IceCube.
Vstupte do PINGU: banda dalších detektorů uspořádaných poblíž středu IceCube, speciálně navržených k zachycení neutrin s nižší energií, která zasáhnou Zemi.
Když se (doufejme) připojí k internetu, připojí se PINGU k armádě nástrojů a detektorů po celém světě, které se snaží zachytit co nejvíce z těchto strašidelných, téměř téměř ničích, a odemknout jejich tajemství.
