Нейтрино - це невловимі субатомні частинки, створені в найрізноманітніших ядерних процесах. Їх назва, що означає "мало нейтральний", означає те, що вони не несуть електричного заряду. З чотирьох основних сил у Всесвіті нейтрино взаємодіють лише з двома - гравітацією і слабкою силою, яка відповідає за радіоактивне розпад атомів. Не маючи майже жодної маси, вони пронизують космос майже зі швидкістю світла.
Незліченні нейтрино виникли частки секунди після Великого вибуху. І нові нейтрино створюються весь час: в ядерних серцях зірок, у прискорювачах частинок та атомних реакторах на Землі, під час вибухового колапсу наднових та при розпаді радіоактивних елементів. Це означає, що у Всесвіті в середньому в 1 мільярд разів більше нейтрино, ніж протони, за словами фізика Карстен Хегер з Єльського університету в Нью-Хейвені, штат Коннектикут.
Незважаючи на всю їх повсюдність, нейтрино багато в чому залишається загадкою для фізиків, тому що частинки настільки важко ловити. Нейтрино протікає через більшість матерії так, ніби вони промені світла проходять через прозоре вікно, ледь взаємодіючи з усім іншим, що існує. У цей момент через кожен квадратний сантиметр вашого тіла проходить приблизно 100 мільярдів нейтрино, хоча ви нічого не відчуєте.
Відкриття невидимих частинок
Нейтрино вперше було поставлено як відповідь на наукову загадку. В кінці 19 століття дослідники спантеличували феномен, відомий як бета-розпад, при якому ядро всередині атома спонтанно випромінює електрон. Бета-розпад, здавалося, порушує два основні фізичні закони: збереження енергії та збереження імпульсу. Під час бета-розпаду кінцева конфігурація частинок, здавалося, мала трохи надто мало енергії, і протон стояв нерухомо, а не стукав у протилежному напрямку електрона. Лише 1930 р. Фізик Вольфганг Паулі запропонував ідею, що зайва частинка може вилетіти з ядра, несучи з собою відсутню енергію та імпульс.
"Я зробив жахливу річ. Я постулював частинку, яку неможливо виявити", - сказав Паулі другові, маючи на увазі той факт, що його гіпотезоване нейтрино було настільки примарним, що воно ледве взаємоділо з чим-небудь і мало б мало жодної маси .
Більше чверті століття пізніше фізики Клайд Коуан та Фредерік Рейнс побудували детектор нейтрино і розмістили його поза ядерним реактором на атомній електростанції річки Саванна в Південній Кароліні. Їх експериментом вдалося зашпаровувати кілька сотень трильйонів нейтрино, що летіли з реактора, і Коуан і Рейнс гордо надіслали Паулі телеграму, щоб повідомити йому про їх підтвердження. Рейнс продовжував би отримувати Нобелівську премію з фізики в 1995 році - до цього часу Кован помер.
Але відтоді нейтрино постійно оскаржує очікування вчених.
Сонце виробляє колосальні кількості нейтрино, які бомбардують Землю. У середині 20 століття дослідники побудували детектори для пошуку цих нейтрино, але їх експерименти продовжували показувати невідповідність, виявляючи лише приблизно третину прогнозованих нейтрино. Або щось не було з моделями астрономів сонця, або щось дивне відбувалося.
Фізики врешті-решт зрозуміли, що нейтрино, ймовірно, випускається у трьох різних ароматах чи типах. Звичайне нейтрино називається електронним нейтрино, але існують ще два аромати: мюонне нейтрино та тау-нейтрино. Коли вони проходять відстань між сонцем і нашою планетою, нейтрино коливаються між цими трьома типами, саме тому в тих ранніх експериментах, котрі були розроблені лише для пошуку одного аромату, не вистачало двох третин їх загальної кількості.
Але лише ті частинки, які мають масу, можуть зазнати цього коливання, що суперечить раніше уявленням про те, що нейтрино було безмасштабним. Хоча вчені досі не знають точної маси всіх трьох нейтрино, експерименти встановили, що найважчі з них повинні бути щонайменше 0,0000059 разів меншими за масу електрона.
Нові правила нейтрино?
У 2011 році дослідники проекту «Коливання» з експериментом «Емульсія-tRacking апарат» (OPERA) в Італії викликали всесвітню сенсацію, оголосивши, що виявили нейтрино, що рухається швидше, ніж швидкість світла - нібито неможливе підприємство. Хоча про це широко повідомлялося в ЗМІ, результати наукової спільноти були сприйняті дуже скептично. Менш ніж через рік фізики зрозуміли, що несправна проводка імітувала швидше, ніж світло, і нейтрино повернулося до царини космічно законослухняних частинок.
Але вченим залишається багато дізнатися про нейтрино. Нещодавно дослідники з експерименту Mini Booster Neutrino (MiniBooNE) в Національній лабораторії акселераторів Фермі (Фермілаб) поблизу Чикаго надали переконливі докази того, що вони виявили новий тип нейтрино, який називається стерильним нейтрино. Така знахідка підтверджує попередню аномалію, виявлену в детекторі нейтральних сцинтиляторів рідкого сцинтилятора (LSND), експерименті в Національній лабораторії Лос-Аламоса в Нью-Мексико. Стерильні нейтрино використовували б усю відому фізику, оскільки вони не вписуються у те, що відоме як Стандартна модель - рамка, яка пояснює майже всі відомі частинки та сили, крім сили тяжіння.
Якщо нові результати MiniBooNE підтверджують: "Це було б величезно; це виходить за рамки стандартної моделі; для цього знадобляться нові частинки ... і абсолютно нові аналітичні рамки", - сказала фізика частинок Кейт Шолберг з університету Дюка Live Science.
