Nøytrinoer er unnvikende subatomære partikler skapt i en lang rekke kjernefysiske prosesser. Navnet deres, som betyr "lite nøytralt," refererer til det faktum at de ikke har noen elektrisk ladning. Av de fire grunnleggende kreftene i universet samhandler nøytrinoer bare med to - tyngdekraften og den svake kraften, som er ansvarlig for atomer har radioaktivt forfall. Har nesten ingen masse, zip de gjennom kosmos på nesten lysets hastighet.
Utallige nøytrinoer oppsto brøkdeler av et sekund etter Big Bang. Og nye nøytrinoer skapes hele tiden: i stjernenees kjernefysiske hjerter, i partikkelakseleratorer og atomreaktorer på Jorden, under supernovas eksplosive kollaps og når radioaktive elementer forfaller. Dette betyr at det i gjennomsnitt er 1 milliard ganger flere nøytrinoer enn protoner i universet, ifølge fysiker Karsten Heeger ved Yale University i New Haven, Connecticut.
Til tross for at de er allestedsnærværende, forblir nøytrinoer stort sett et mysterium for fysikere fordi partiklene er så tøffe å fange. Neutrinoer strømmer gjennom det meste som om de var lysstråler som går gjennom et gjennomsiktig vindu, og knapt samhandler med alt annet som eksisterer. Omtrent 100 milliarder nøytrinoer passerer gjennom hver kvadratcentimeter av kroppen din i dette øyeblikket, selv om du ikke vil føle noe.
Oppdager usynlige partikler
Nøytrinoer ble først fremstilt som svaret på en vitenskapelig gåte. På slutten av 1800-tallet undret forskerne seg over et fenomen kjent som beta-forfall, der kjernen inne i et atom spontant avgir et elektron. Beta-forfall syntes å være i strid med to grunnleggende fysiske lover: bevaring av energi og bevaring av fart. Ved beta-forfall syntes den endelige konfigurasjonen av partikler å ha litt for lite energi, og protonet sto stille fremfor å bli banket i motsatt retning av elektronet. Det var først i 1930 at fysikeren Wolfgang Pauli foreslo ideen om at en ekstra partikkel kan fly ut av kjernen og bære med seg den manglende energien og fart.
"Jeg har gjort en forferdelig ting. Jeg har postulert en partikkel som ikke kan oppdages," sa Pauli til en venn og refererte til det faktum at hans hypotese nøytrino var så spøkelsesaktig at den knapt ville samhandle med noe og ville ha liten til ingen masse .
Mer enn et kvart århundre senere bygde fysikerne Clyde Cowan og Frederick Reines en neutrino-detektor og plasserte den utenfor atomreaktoren ved det atomkraftverket Savannah River i South Carolina. Eksperimentet deres klarte å hage noen av de hundrevis av billionene nøytrinoer som flyr fra reaktoren, og Cowan og Reines sendte stolt Pauli et telegram for å informere ham om bekreftelsen deres. Reines ville fortsette med å vinne Nobelprisen i fysikk i 1995 - på det tidspunktet hadde Cowan dødd.
Men siden den gang har nøytrinoer trosset forskernes forventninger kontinuerlig.
Solen produserer kolossale antall nøytrinoer som bombarderer jorden. På midten av 1900-tallet bygde forskere detektorer for å søke etter disse nøytrinoene, men eksperimentene deres viste fortsatt avvik, og oppdaget bare omtrent en tredel av nøytrinoene som var spådd. Enten var det galt med astronomenes modeller av solen, eller så skjedde det noe rart.
Fysikere innså etter hvert at nøytrinoer sannsynligvis kommer i tre forskjellige smaker, eller typer. Den vanlige nøytrinoen kalles elektronneutrino, men det finnes også to andre smaker: en muon-neutrino og en tau-neutrino. Når de går gjennom avstanden mellom solen og planeten vår, svinger nøytrinoer mellom disse tre typene, og det er grunnen til at de tidlige eksperimentene - som bare hadde blitt designet for å søke etter en smak - mangler to tredjedeler av det totale antallet.
Men bare partikler som har masse kan gjennomgå denne svingningen, i motsetning til tidligere ideer om at nøytrinoer var masseløse. Selv om forskere fremdeles ikke vet de nøyaktige massene til alle tre nøytrinoene, har eksperimenter bestemt at den tyngste av dem må være minst 0,0000059 ganger mindre enn elektronmassen.
Nye regler for nøytrinoer?
I 2011 forårsaket forskere ved eksperimentet Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus (OPERA) i Italia en verdensomspennende sensasjon ved å kunngjøre at de hadde oppdaget nøytrinoer som beveger seg raskere enn lysets hastighet - en visstnok umulig bedrift. Selv om det ble rapportert mye i media, ble resultatene møtt med mye skepsis fra det vitenskapelige samfunnet. Mindre enn et år senere innså fysikere at feil ledninger hadde etterlignet et raskere-enn-lys-funn, og nøytrinoer gikk tilbake til riket til kosmisk lovlydige partikler.
Men forskere har fremdeles mye å lære om nøytrinoer. Nylig har forskere fra Mini Booster Neutrino Experiment (MiniBooNE) ved Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) nær Chicago gitt overbevisende bevis for at de har oppdaget en ny type neutrino, kalt en steril neutrino. Et slikt funn bekrefter en tidligere avvik som ble sett ved Liquid Scintillator Neutrino Detector (LSND), et eksperiment ved Los Alamos National Laboratory i New Mexico. Sterile nøytrinoer ville øke all kjent fysikk fordi de ikke passer inn i det som er kjent som standardmodellen, et rammeverk som forklarer nesten alle kjente partikler og krefter unntatt tyngdekraften.
Hvis MiniBooNEs nye resultater holder igjen, "Det ville være enormt; det er utenfor standardmodellen; det vil kreve nye partikler ... og et helt nytt analytisk rammeverk," sa partikelfysiker Kate Scholberg fra Duke University til Live Science.
