Neutrino er kanskje de mest undervurderte partiklene kjent for menneskeheten. Fysiker, smart fyr og smart aleck Wolfgang Pauli foreslo først deres eksistens i 1930 som et manglende puslespill - visse kjernefysiske reaksjoner hadde mer på gang enn de hadde kommet ut. Pauli resonnerte at noe bittelitt og usynlig måtte være involvert - derav nøytrinoen, som er slags italiensk for "liten nøytral."
I tiårene siden det første forslaget, har vi blitt kjent med og elsker - men ikke helt forstå - de små nøytrale fellasene. De har litt masse, men vi er ikke sikre på hvor mye. Og de kan forandre seg fra en slags nøytrino (kalt en "smak", fordi hvorfor ikke?) Til en annen, men vi er ikke sikre på hvordan.
Når fysikere ikke forstår noe, blir de virkelig begeistret, fordi svaret på gåten per definisjon må ligge utenfor kjent fysikk. Så mysteriet med nøytrino-masse og blanding kan gi oss ledetråder til slike mysterier som de tidligste øyeblikkene av Big Bang.
Et lite problem: litenhet. Nøytrinoer er bittesmå og snakker nesten aldri med normal sak. Billioner ved billioner passerer gjennom kroppen din akkurat nå. Merker du dem? Nei, det gjør du ikke. For å virkelig grave i nøytrinoegenskaper, må vi gå stort, og tre nye neutrinoeksperimenter kommer snart på nettet for å gi oss et grep om ting. Vi håper.
La oss utforske:
SANDDYNE
Du har kanskje hørt spenningen rundt en nyinnspilling av den klassiske sci-fi-romanen "Dune." Dette er ikke det. I stedet står denne DUNE for "Deep Underground Neutrino Experiment", som består av to deler. Del 1 vil være på Fermilab, i Illinois, og vil omfatte en gigantisk neutrino-pistol med ondskapsmessig stil som vil akselerere protoner til nær lysets hastighet, knuse dem inn i ting og skyte billioner av nøytrinoer i sekundet ut av forretningsmessige slutt.
Derfra vil nøytrinoene reise i en rett linje (fordi det er alt de vet hvordan de skal gjøre) til de treffer del to, omtrent 800 kilometer unna ved Sanford Underground Research Facility i South Dakota. Hvorfor under jorden? Fordi nøytrinoer beveger seg i en rett linje (igjen, ikke noe valg), men Jorden er buet, så må detektoren sitte rundt en kilometer (1,6 km) under overflaten. Og den detektoren er omtrent 40 000 tonn (36 000 tonn) flytende argon.
Hyper-Kamiokande
Forgjengeren til den snart Hyper-Kamiokande ("Hyper-K" hvis du vil være kul på fysikkfester) var den treffende navnet Super-Kamiokande ("Super-K" av samme grunner), som ligger i nærheten av Hida , Japan. Det er et ganske greit oppsett for begge instrumentene: en gigantisk tank med ultrafent vann omgitt av fotomultiplikatorrør, som forsterker veldig svake lyssignaler.
Hver ekstremt sjeldne stund treffer en nøytrino et vannmolekyl, noe som får et elektron eller en positron (elektronets antimateriellpartner) til å skyte bort raskere enn lysets hastighet i vann. Dette forårsaker et blitz av blålig lys kalt Cherenkov-stråling, og at lyset blir plukket opp av fotomultiplikatorrørene. Studer blitsen, forstå nøytrinoen.
Super-K laget superhistorie i 1998 da det ga det første solide beviset for at nøytrinoer endrer smak når de flyr, basert på observasjoner av nøytrinoene produsert i de dyptliggende dybder i solens kjerne. Funnet nabbet fysiker Takaaki Kajita en Nobelpris og Super-K en kjærlig klapp på fotomultiplikatorrøret.
Hyper-K er som Super-K, men større. Med en kapasitet på 264 millioner liter vann, har den 20 ganger oppsamlingsvolumet til Super-K, noe som betyr at den potensielt kan samle 20 ganger antall nøytrinoer på samme tid som Super-K kan. Hyper-K vil se etter nøytrinoer produsert av naturlige, organiske reaksjoner, som fusjon og supernovaer, over hele universet, og begynner i ca 2025. Hvem vet? Det kan gi noen en nobelpris også.
PINGU
Jeg er ikke helt sikker på hvorfor fysikere velger forkortelsene de gjør for gigantiske vitenskapelige eksperimenter. I dette tilfellet er Pingu navnet på en europeisk animert pingvin som har forskjellige feilopplevelser og lærer viktige livstimer på det sørlige kontinentet. Det står også for "Precision IceCube Next Generation Upgrade" (PINGU).
IceCube-delen av forkortelsen refererer til det største, dårligste neutrino-eksperimentet i verden. Basert på Sydpolen består eksperimentet av strenger av detektorer senket dypt ned i polarisen som vil bruke krystallklarheten til den isen for å gjøre det samme som Super- og Hyper-K gjør i Japan: oppdage Cherenkov-strålingen produsert av nøytrinoer som slynger seg gjennom isen. Eksperimentet kom først i gang for noen år siden, men allerede nå klør forskerne som kjører det for en oppgradering.
Her er grunnen. IceCube kan være stor, men det betyr ikke at den er den beste i alle ting. Den har en blind flekk: På grunn av sin enorme størrelse (en hel kubikk kilometer is) har den vanskelig for å se nøytrinoer med lav energi; de lager rett og slett ikke nok pop og fizzle til å bli sett av IceCube detektorer.
Gå inn i PINGU: en gjeng ekstra detektorer, anordnet nær sentrum av IceCube, spesielt designet for å fange nøytrinoer med lavere energi som rammer jorden.
Når det (forhåpentligvis) kommer på nettet, vil PINGU melde seg inn i hæren av instrumenter og detektorer over hele verden som prøver å fange så mange av disse spøkelsesaktige nesten nesten-notingene som mulig og låse opp hemmelighetene deres.
