Фізики знали про їх існування вже 70 років, але нейтрино залишаються однією з найбільших загадок науки. Ці примарні частинки, присутні з початку Всесвіту, перевищують кількість усіх інших масивних частинок у мільярд разів, але їхні фундаментальні властивості досі не повністю вивчені.
Довге полювання за привидом
Існування нейтрино вперше було запропоновано в 1930 році Вольфгангом Паулі для вирішення протиріч у законі збереження енергії при радіоактивному розпаді. Бета-розпад, під час якого перетворюється атомне ядро, здавалося, порушував основні закони фізики, поки Паулі не припустив, що невидима частинка забирає втрачену енергію. Відомо, що він пожартував, що «постулував частинку, яку неможливо виявити».
Знадобилося ще 25 років, щоб довести, що він неправий. У 1956 році Клайд Коуен і Фредерік Рейнс підтвердили існування частинок на заводі Savannah River Plant у Південній Кароліні. Їхній експеримент, геніально розроблений для виявлення надзвичайно слабкої взаємодії нейтрино з речовиною, полягав у спостереженні характерних ознак взаємодії антинейтрино: позитрона та нейтрона, випромінюваних послідовно. Пізніше Рейнс отримав Нобелівську премію за свою роботу в 1995 році.
Чому нейтрино важливі: всесвіт питань
Сьогодні вчені все ще намагаються відповісти на фундаментальні питання про нейтрино. Найважливіше: яка їх маса? Ми знаємо, що вона дуже мала, але відмінна від нуля, що робить пряме вимірювання неймовірно складним. Цей брак знань кидає виклик Стандартній моделі фізики елементарних частинок, яка припускає, що нейтрино не мають маси.
Крім маси, залишаються й інші секрети:
– Чи є нейтрино власними античастинками?
– Чи існують приховані типи нейтрино, крім трьох відомих ароматів (електрон, мюон і тау)?
– Чи можуть нейтрино пояснити дисбаланс між матерією та антиматерією у Всесвіті?
Ці питання не просто теоретичні курйози. Маса нейтрино впливає на формування галактик і структуру космосу. Існує напруга між наземними експериментами та космологічними спостереженнями, що говорить про те, що ще належить відкрити.
Нові підходи до розкриття таємниць
Сучасні експерименти розширюють межі виявлення. Вчені використовують антарктичний лід, Середземне море та глибоко підземні лабораторії, щоб уловити ці невловимі частинки. Нові методи включають:
– Вимірювання ядерної віддачі: ** Виявлення невеликої «шишки», коли нейтрино взаємодіє з усім ядром, а не лише з окремими протонами чи нейтронами.
– Датчики перехідного краю: Надчутливі термометри для вимірювання тепла, що виділяється під час віддачі сердечників.
– Левітуючі наносфери:** Радіоактивні частинки, підвішені лазерами, дозволяють точно відстежувати рух віддачі.
Один експеримент, HOLMES в Італії, використовує радіоактивний гольмій-163 для вимірювання маси нейтрино шляхом спостереження за віддачею ядра під час розпаду. Інша команда під керівництвом Девіда Мура з Єльського університету використовує левітаційні наносфери для пошуку важчих, невиявлених нейтрино.
Незмінний виклик
Незважаючи на десятиліття досліджень, найпоширеніша частинка у Всесвіті залишається на жаль невловимою. Як каже Даяна Парно з Університету Карнегі-Меллона, «нейтрино не сидять і не думають: «Добре, що ще я можу зробити для цих фізиків?»»
Але невтомні пошуки відповідей тривають. Нейтрино — це не просто проблема фізики; вони являють собою фундаментальну прогалину в нашому розумінні космосу. Розгадка їхніх таємниць обіцяє змінити наше розуміння самого Всесвіту.
