Neutrinoer er måske de mest undervurderede partikler, der er kendt for menneskeheden. Fysiker, smart fyr og smart aleck Wolfgang Pauli foreslog først deres eksistens i 1930 som et manglende puslespil - visse nukleare reaktioner var mere gået ind, end de var kommet ud. Pauli begrundede, at der måtte involveres noget lille og usynligt - følgelig neutrinoen, som er slags italiensk for "lille neutral."
I årtierne siden det oprindelige forslag, har vi lært at kende og elske - men ikke helt forstå - de små neutrale fellas. De har lidt masse, men vi er ikke sikre på, hvor meget. Og de kan ændre sig fra en slags neutrino (kaldet en "smag", fordi hvorfor ikke?) Til en anden, men vi er ikke sikker på, hvordan.
Hver gang fysikere ikke forstår noget, bliver de virkelig ophidset, fordi svaret på gåten per definition skal ligge uden for kendt fysik. Så mysteriet med neutrino-masse og blanding kan give os ledetråde til sådanne mysterier som de tidligste øjeblikke af Big Bang.
Et lille problem: lillehed. Neutrinoer er små og næsten aldrig taler til normal sag. Billioner ved billioner passerer gennem din krop lige nu. Bemærker du dem? Nej, det gør du ikke. For virkelig at grave i neutrinoegenskaber, er vi nødt til at gå store, og tre nye neutrinoeksperimenter kommer snart online for at give os et greb om tingene. Vi håber.
Lad os udforske:
KLIT
Du har muligvis hørt spændingen ved en nyindspilning af den klassiske sci-fi-roman "Klit". Det er det ikke. I stedet står dette DUNE for "Deep Underground Neutrino Experiment", der består af to dele. Første del vil være på Fermilab, Illinois, og vil omfatte en kæmpe neutrino-pistol i ondskabsgenistisk stil, der vil fremskynde protoner til nær lysets hastighed, smadre dem i ting og skyde billioner af neutrinoer pr. Sekund ud af forretningsmæssige afslutninger.
Derfra vil neutrinoerne køre i en lige linje (fordi det er alt, hvad de ved, hvordan de skal gøre), indtil de rammer del to, cirka 800 mil (1.300 kilometer) væk ved Sanford Underground Research Facility i South Dakota. Hvorfor under jorden? Fordi neutrinoer bevæger sig i en lige linje (igen, intet valg), men Jorden er buet, så detektoren skal sidde omkring en kilometer (1,6 km) under overfladen. Og den detektor er omkring 40.000 tons (36.000 tons) flydende argon.
Hyper-Kamiokande
Forgængeren til den snart kommende Hyper-Kamiokande ("Hyper-K", hvis du vil være cool på fysikfester), var den velkaldte Super-Kamiokande ("Super-K" af samme grunde), der ligger i nærheden af Hida , Japan. Det er en ret ligetil opsætning for begge instrumenter: en kæmpe tank med ultrapure vand omgivet af fotomultiplikatorrør, som forstærker meget svage lyssignaler.
Hver eneste gang i et ekstremt sjældent stød rammer en neutrino et vandmolekyle, hvilket får en elektron eller en positron (elektronets antimaterielle partner) til at skubbe væk hurtigere end lysets hastighed i vand. Dette medfører en blink af blåligt lys kaldet Cherenkov-stråling, og dette lys opsamles af fotomultiplikatorrørene. Studer blitz, forstå neutrino.
Super-K lavede superhistorie i 1998, da det leverede det første solide bevis for, at neutrinoer ændrer smag, når de flyver, baseret på observationer af neutrinoerne produceret i de dybde dybder i solens kerne. Opdagelsen knebede fysiker Takaaki Kajita en Nobelpris og Super-K en kærlig klapp på fotomultiplikatorrøret.
Hyper-K er som Super-K men større. Med en kapacitet på 264 millioner liter (1 milliard liter) vand har den 20 gange Super-K's opsamlingsvolumen, hvilket betyder, at den potentielt kan samle 20 gange antallet af neutrinoer på samme tid som Super-K kan. Hyper-K vil se efter neutrinoer, der er produceret af naturlige, organiske reaktioner, som fusion og supernovas, over hele universet, startende omkring 2025. Hvem ved det? Det kan også give nogen en Nobelpris.
Pingu
Jeg er ikke helt sikker på, hvorfor fysikere vælger de akronymer, de gør til kæmpe videnskabseksperimenter. I dette tilfælde er Pingu navnet på en europæisk animeret pingvin, der har forskellige forstyrrelser og lærer vigtige livslektioner på det sydlige kontinent. Det står også for "Precision IceCube Next Generation Upgrade" (PINGU).
IceCube-delen af forkortelsen henviser til det største, dårligste neutrino-eksperiment i verden. Baseret på Sydpolen består eksperimentet af strenge detektorer, der er sunket dybt ned i den polære isplade, der vil bruge krystalklarheden af den is til at gøre det samme, som Super- og Hyper-K gør i Japan: detekterer Cherenkov-strålingen produceret af neutrinoer, der zinger gennem isen. Eksperimentet kom først virkelig i gang for et par år siden, men allerede klager de videnskabsmænd, der kører det, for en opgradering.
Her er hvorfor. IceCube kan være stor, men det betyder ikke, at det er det bedste på alle ting. Det har en blind plet: På grund af sin enorme størrelse (en hel kubik kilometer is) har den svært ved at se neutrinoer med lav energi; de får simpelthen ikke nok pop og fizzle til at blive set af IceCube detektorer.
Gå ind i PINGU: en flok ekstra detektorer, opstillet nær centrum af IceCube, specielt designet til at fange neutrinoerne med lavere energi, der rammer Jorden.
Når det (forhåbentlig) kommer online, vil PINGU slutte sig til hæren af instrumenter og detektorer over hele verden, der prøver at fange så mange af disse spøgelsesfulde små næsten ting som muligt og låse deres hemmeligheder op.
