Neutrino er undvigende subatomære partikler skabt i en lang række nukleare processer. Deres navn, der betyder "lille neutral", henviser til det faktum, at de ikke har elektrisk ladning. Af de fire grundlæggende kræfter i universet interagerer neutrinoer kun med to - tyngdekraften og den svage kraft, der er ansvarlig for atomernes radioaktive forfald. Da de næsten ikke har nogen masse, glider de gennem kosmos ved næsten lysets hastighed.
Utallige neutrinoer opstod fraktioner et sekund efter Big Bang. Og nye neutrinoer skabes hele tiden: i stjernernes kernehjerter, i partikelacceleratorer og atomreaktorer på Jorden, under supernovas eksplosive sammenbrud, og når radioaktive elementer forfalder. Dette betyder, at der i gennemsnit er 1 milliard gange flere neutrinoer end protoner i universet, ifølge fysiker Karsten Heeger fra Yale University i New Haven, Connecticut.
På trods af deres allestedsnærværende er neutrinoer stort set et mysterium for fysikere, fordi partiklerne er så hårde at fange. Neutrinoer strømmer gennem det meste, som om de var lysstråler, der går gennem et gennemsigtigt vindue, som næppe interagerer med alt andet, der findes. Cirka 100 milliarder neutrinoer passerer gennem hver kvadratcentimeter af din krop i dette øjeblik, selvom du ikke føler noget.
Opdager usynlige partikler
Neutrinos blev først stillet som svaret på en videnskabelig gåte. I slutningen af det 19. århundrede forundrede forskere sig over et fænomen kendt som beta-henfald, hvor kernen inde i et atom spontant udsender et elektron. Beta-henfald syntes at være i strid med to grundlæggende fysiske love: bevarelse af energi og bevarelse af fart. Ved beta-henfald syntes den endelige konfiguration af partikler at have lidt for lidt energi, og protonen stod stille snarere end at blive banket i modsat retning af elektronet. Det var først i 1930, at fysiker Wolfgang Pauli foreslog ideen om, at en ekstra partikel muligvis flyver ud af kernen, idet den bærer den manglende energi og momentum.
"Jeg har gjort en forfærdelig ting. Jeg har postuleret en partikel, der ikke kan opdages," sagde Pauli til en ven og henviste til det faktum, at hans hypotese neutrino var så spøgelsesfuld, at den næppe ville interagere med noget og ville have lidt til ingen masse .
Mere end et kvart århundrede senere byggede fysikerne Clyde Cowan og Frederick Reines en neutrino-detektor og placerede den uden for atomreaktoren ved det atomkraftværk Savannah River i South Carolina. Deres eksperiment formåede at knagge et par af de hundreder af billioner af neutrinoer, der fløj fra reaktoren, og Cowan og Reines sendte stolt Pauli et telegram for at informere ham om deres bekræftelse. Reines vandt Nobelprisen i fysik i 1995 - på hvilket tidspunkt Cowan var død.
Men siden da har neutrinoer løbende trodset forskernes forventninger.
Solen producerer kolossale antal neutrinoer, der bombarderer Jorden. I midten af det 20. århundrede byggede forskere detektorer til at søge efter disse neutrinoer, men deres eksperimenter viste fortsat et uoverensstemmelse, og detekterede kun omkring en tredjedel af de neutrinoer, der var blevet forudsagt. Enten var der noget galt med astronomernes modeller af solen, eller så skete der noget underligt.
Fysikere indså efterhånden, at neutrinoer sandsynligvis kommer i tre forskellige varianter eller typer. Den almindelige neutrino kaldes elektronneutrino, men der findes også to andre varianter: en muonneutrino og en tau-neutrino. Når de passerer gennem afstanden mellem solen og vores planet, svinger neutrinoer mellem disse tre typer, hvorfor de tidlige eksperimenter - der kun var designet til at søge efter en smag - mangler to tredjedele af deres samlede antal.
Men kun partikler, der har masse, kan gennemgå denne svingning i modstrid med tidligere ideer om, at neutrinoer var masseløse. Mens forskere stadig ikke kender de nøjagtige masser af alle tre neutrinoer, har eksperimenter bestemt, at den tyngste af dem skal være mindst 0,0000059 gange mindre end elektronens masse.
Nye regler for neutrinoer?
I 2011 forårsagede forskere ved Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus (OPERA) -eksperimentet i Italien en verdensomspændende sensation ved at meddele, at de havde opdaget neutrinoer, der kørte hurtigere end lysets hastighed - en angiveligt umulig virksomhed. Selvom der blev rapporteret bredt i medierne, blev resultaterne mødt med en stor skepsis fra det videnskabelige samfund. Mindre end et år senere indså fysikere, at forkert ledningsføring havde efterlignet et hurtigere end lys-fund, og neutrinoer gik tilbage til verden af kosmisk lovlydige partikler.
Men forskere har stadig meget at lære om neutrinoer. For nylig har forskere fra Mini Booster Neutrino-eksperimentet (MiniBooNE) ved Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) nær Chicago leveret overbevisende bevis for, at de har opdaget en ny type neutrino, kaldet en steril neutrino. En sådan konstatering bekræfter en tidligere anomali set ved Liquid Scintillator Neutrino Detector (LSND), et eksperiment ved Los Alamos National Laboratory i New Mexico. Sterile neutrinoer ville upendere al kendt fysik, fordi de ikke passer ind i det, der er kendt som standardmodellen, en ramme, der forklarer næsten alle kendte partikler og kræfter undtagen tyngdekraften.
Hvis MiniBooNEs nye resultater holder fast, "Det ville være enormt; det er ud over standardmodellen; det ville kræve nye partikler ... og en helt ny analytisk ramme," fortæller partikelfysiker Kate Scholberg fra Duke University til Live Science.
