Нейтрино - це, мабуть, найбільш недооцінені частинки, відомі людству. Фізик, розумний хлопець і розумний алек Вольфганг Паулі вперше запропонував їх існування в 1930 році як відсутній фрагмент головоломки - певні ядерні реакції відбувалися більше, ніж вони виходили. Паулі міркував, що щось маленьке і невидиме повинно бути залученим - отже, нейтрино, яке є італійським для "маленького нейтрального".
За десятиліття з часу первинної пропозиції ми знайомилися і любимо - але не повністю розуміємо - цих маленьких нейтральних людей. Вони мають трохи маси, але ми не впевнені, на скільки. І вони можуть перетворюватися з одного виду нейтрино (який називається "аромат", бо чому б і ні?) На інший, але ми не впевнені, як.
Щоразу, коли фізики чогось не розуміють, вони дуже хвилюються, тому що, за визначенням, відповідь на загадку повинна лежати поза відомою фізикою. Тож таємниця нейтринної маси та змішування може дати нам підказки до таких загадок, як найдавніші моменти Великого вибуху.
Одна невелика проблема: невеликість. Нейтрино крихітні і майже ніколи не розмовляють із звичайною матерією. Трильйони на трильйони зараз проходять через ваше тіло. Ви їх помічаєте? Ні, ви цього не робите. Щоб справді заглибитись у властивості нейтрино, нам належить зробити великий досвід, і незабаром в Інтернеті з’являються три нові експерименти з нейтрино, щоб дати нам зрозуміти справи. Ми сподіваємося.
Давайте дослідимо:
ДУНА
Можливо, ви чули захоплення від рімейку класичного науково-фантастичного роману «Дюна». Це не все. Натомість ця DUNE розшифровується як "Глибокий підземний експеримент нейтрино", який складається з двох частин. Частина перша буде у Фермілабі, штат Іллінойс, і буде включати в себе гігантську рушницю нейтрино в стилі злого-генія, яка прискорюватиме протони до швидкості світла, розбиває їх на речі і вистрілює трильйони нейтрино в секунду поза межею бізнесу.
Звідти нейтрино рухатиметься по прямій лінії (адже це все, що вони вміють робити), поки вони не потраплять на частину другу, приблизно в 800 милях (1300 кілометрів) від Санфордського підземного дослідницького фонду в Південній Дакоті. Чому під землею? Оскільки нейтрино рухається по прямій (знову ж, вибору немає), але Земля вигнута, тому детектору доводиться сидіти близько милі (1,6 км) під поверхнею. І цей детектор складає близько 40 000 тонн (36 000 метричних тонн) рідкого аргону.
Гіпер-Каміоканде
Попередником того, що скоро ставатиме Гіпер-Каміоканде ("Гіпер-К", якщо ви хочете бути крутим на вечірках з фізики) був влучно названий Супер-Каміоканде ("Супер-К" з тих же причин), розташований поблизу Хіди , Японія. Це досить просте налаштування для обох інструментів: гігантський резервуар з надчистою водою, оточений фотодульгаторами, які підсилюють дуже слабкі світлові сигнали.
Кожен раз у вкрай рідкісний час нейтрино потрапляє в молекулу води, внаслідок чого електрон або позитрон (партнер антиматерії) вбираються швидше, ніж швидкість світла у воді. Це спричиняє спалах синюватого світла, який називається випромінюванням Черенкова, і світло вибирається трубами фотопомножувача. Вивчіть спалах, зрозумійте нейтрино.
Супер-К зробив суперісторію в 1998 році, коли він дав перші тверді докази того, що нейтрино змінюють смак під час їх польоту на основі спостережень за нейтрино, що утворюється в глибинах інфернальної глибини серцевини Сонця. Відкриття нарікало фізика Такаакі Кайіта на Нобелівську премію та Супер-К прихильне погладжування по трубці фотопомножувача.
Hyper-K - це як Super-K, але більший. Маючи місткість 264 мільйони галонів (1 мільярд літрів) води, вона має в 20 разів більший об'єм збору Super-K, а це означає, що він може потенційно збирати в 20 разів більше кількості нейтрино за той же час, що може Super-K. Hyper-K шукатиме нейтрино, що утворюється в результаті природних, органічних реакцій, таких як синтез та наднови, по всьому Всесвіту, починаючи приблизно з 2025 року. Хто знає? Можливо, хтось також отримає Нобелівську премію.
PINGU
Я не зовсім впевнений, чому фізики вибирають акроніми, які вони роблять для гігантських наукових експериментів. У цьому випадку Пінгу - ім’я європейського анімованого пінгвіна, який зазнає різних нещасних випадків і вивчає важливі життєві уроки на південному континенті. Він також розшифровується як "Precision IceCube Next Generation Upgrade" (PINGU).
Частина IceCube цієї абревіатури відноситься до найбільшого, найгіршого нейтринного експерименту у світі. Базуючись на Південному полюсі, експеримент складається з струн детекторів, занурених глибоко в полярний крижаний покрив, які будуть використовувати кристалічну чіткість цього льоду, щоб зробити те саме, що Super- і Hyper-K роблять в Японії: виявляють радіацію Черенкова утворюється нейтрино, що пронизує лід. Експеримент дійсно розпочався кілька років тому, але вже вчені, які його проводять, сверблять за оновлення.
Ось чому. IceCube може бути великим, але це не означає, що він найкращий у всіх речах. У нього сліпа пляма: через величезні розміри (цілий кубічний кілометр льоду) йому важко бачити низько енергетичні нейтрино; вони просто не роблять достатньо поп-фізму, щоб їх побачили детектори IceCube.
Введіть PINGU: купа додаткових детекторів, розміщених поблизу центру IceCube, спеціально розроблених для лову нейтрино з нижчою енергією, що вражає Землю.
Коли він (сподіваємось) з’явиться в Інтернеті, PINGU приєднається до армії приладів та детекторів у всьому світі, які намагаються зловити якнайбільше цих примарних маленьких майже помітних записів і розкриють їх секрети.
