Hvert eneste sekund på hver eneste dag bombarderes du af billioner på billioner af subatomære partikler, der bruser ned fra rumdybden. De blæser gennem dig med styrken af en kosmisk orkan og sprænger næsten med lysets hastighed. De kommer fra hele himlen på alle tidspunkter af dagen og natten. De trænger ind i jordens magnetfelt og vores beskyttende atmosfære som så meget smør.
Og alligevel er håret på toppen af dit hoved ikke engang floket.
Hvad sker der?
Lille neutral
Disse små kugler kaldes neutrinoer, et udtryk myntet i 1934 af den strålende fysiker Enrico Fermi. Ordet er vagt italiensk for "lille neutral", og deres eksistens blev antaget for at forklare en meget nysgerrig atomreaktion.
Nogle gange føles elementer lidt ... ustabile. Og hvis de forlades alene for længe, falder de fra hinanden og omdanner sig til noget andet, noget lidt lettere på det periodiske bord. Derudover kom et lille elektron ud. Men i 1920'erne fandt man omhyggelige og detaljerede observationer af disse henfald små, uhyggelige afvigelser. Den samlede energi ved starten af processen var en lille smule større end den energi, der kom ud. Regnestykket tilføjede sig ikke. Ulige.
Så nogle få fysikere sammenlagde en splinterny partikel af hele klædet. Noget at fjerne den manglende energi. Noget lille, noget let, noget uden beregning. Noget, der kunne glide gennem deres detektorer ubemærket.
En lille, neutral. En neutrino.
Det tog endnu et par årtier at bekræfte deres eksistens - det er hvor glatte og dårlige og luske de er. Men i 1956 sluttede neutrinoer sig til den voksende familie af kendte, målte, bekræftede partikler.
Og så blev ting underligt.
Foretrukne smag
Problemet begyndte at brygge med opdagelsen af muon, som tilfældigt forekom omkring samme tid som neutrino-ideen begyndte at vinde grund: 1930'erne. Muon er næsten nøjagtigt som en elektron. Samme afgift. Samme drejning. Men det er anderledes på en afgørende måde: Det er tungere, over 200 gange mere massivt end dets søskende, elektronet.
Muons deltager i deres egne særlige reaktioner, men har ikke en tendens til at vare længe. På grund af deres imponerende bulk, er de meget ustabile og forfalder hurtigt til brusere med mindre bits ("hurtigt" betyder her inden for et mikrosekund eller to).
Det er alt sammen godt og godt, så hvorfor kommer muoner ind i neutrino-historien?
Fysikere bemærkede, at henfaldsreaktioner, der antydede eksistensen af neutrino, altid havde en elektron, der kom ud, og aldrig en muon. I andre reaktioner ville muoner poppe ud og ikke elektroner. For at forklare disse fund, begrundede de, at neutrinoer altid matchede med elektroner i disse henfaldsreaktioner (og ikke nogen anden form for neutrino), mens elektron, muon skal parre med en endnu uopdaget type neutrino ... Tross alt, elektronet -venlig neutrino ville ikke være i stand til at forklare observationer fra muon-begivenhederne.
Og så gik jakten videre. Og på. Og på. Det var først i 1962, at fysikere endelig fik en lås på den anden slags neutrino. Det blev oprindeligt kaldt "neutrettoen", men mere rationelle hoveder rådede over ordningen med at kalde det muon-neutrino, da det altid parrede sig selv i reaktioner med muon.
Vejen til Tao
Okay, så to bekræftede neutrinoer. Har naturen mere i vente til os? I 1975 sigtede forskere ved Stanford Linear Accelerator Center modigt gennem bjerge af monotone data for at afsløre eksistensen af et endnu tyngre søskende til den kvikke elektron og heftige muon: den hulking tau, klokker ind til en enorm 3.500 gange elektronens masse . Det er en stor partikel!
Så straks blev spørgsmålet: Hvis der er en familie på tre partikler, elektronet, muon og tau ... kunne der være en tredje neutrino, der skal parres med denne nyfundne væsen?
Måske, måske ikke. Der er måske bare de to neutrinoer. Der er måske fire. Måske 17. Naturen har ikke nøjagtigt opfyldt vores forventninger før, så ingen grund til at starte nu.
Spring over en masse uhyggelige detaljer i løbet af årtier overbeviste fysikere sig ved hjælp af en række forskellige eksperimenter og observationer om, at en tredje neutrino burde eksistere. Men det var først i udkanten af årtusindet, i 2000, at et specifikt designet eksperiment på Fermilab (kaldet humoristisk DONUT-eksperimentet til direkte observation af NU Tau, og nej, det gør jeg ikke) endelig fik nok bekræftede observationer til med rette at kræve en detektion.
Jagter spøgelserne
Så hvorfor holder vi så meget på neutrinoer? Hvorfor har vi forfulgt dem i over 70 år, fra før 2. verdenskrig og ind i moderne tid? Hvorfor har generationer af forskere været så fascinerede af disse små, neutrale?
Årsagen er, at neutrinoer fortsat lever uden for vores forventninger. I lang tid var vi ikke engang sikre på, at de eksisterede. I lang tid var vi overbeviste om, at de var helt masseløse, indtil eksperimenter irriterende opdagede, at de måtte have masse. Præcis "hvor meget" forbliver et moderne problem. Og neutrinoer har denne irriterende vane at ændre karakter, når de rejser. Det er rigtigt, når en neutrino rejser under flugt, kan den skifte masker mellem de tre smag.
Der kan endda stadig være en ekstra neutrino derude, der ikke deltager i nogen sædvanlige interaktioner - noget kendt som den sterile neutrino, som fysikere jæger efter.
Med andre ord, neutrinoer udfordrer konstant alt, hvad vi ved om fysik. Og hvis der er en ting, vi har brug for, både i fortiden og i fremtiden, er det en god udfordring.
Paul M. Sutter er en astrofysiker hos Ohio State University, vært for Spørg en Spaceman og Space Radio, og forfatter af Dit sted i universet.
