כל שנייה בכל יום ויום, מופצצת על ידי טריליונים על טריליוני חלקיקים תת-אטומיים, שמתקלחים ממעמקי החלל. הם נושפים דרכם בעוצמה של הוריקן קוסמי, פוצצים פנימה כמעט במהירות האור. הם באים מכל רחבי השמים, בכל שעות היום והלילה. הם חודרים לשדה המגנטי של כדור הארץ ולאווירת המגן שלנו כמו כל כך הרבה חמאה.
ובכל זאת, השיער בחלקו העליון של הראש שלך אפילו לא פרוע.
מה קורה?
נייטרלי קטן
הכדורים הקטנטנים האלה נקראים נייטרינו, מונח שטבע בשנת 1934 על ידי הפיזיקאי המבריק אנריקו פרמי. המילה היא איטלקית במעורפל עבור "נייטרלית קטנה", וההשערה על קיומם כדי להסביר תגובה גרעינית מאוד סקרנית.
לפעמים אלמנטים מרגישים קצת ... לא יציבים. ואם הם נותרו לבד יותר מדי זמן, הם מתפרקים והופכים את עצמם למשהו אחר, משהו קצת יותר קליל על השולחן התקופתי. בנוסף, מעט אלקטרונים יצוץ. אבל בשנות העשרים של המאה העשרים, תצפיות מדוקדקות ומפורטות על אותם ריקבולים מצאו פערים זעירים ומצמצמים. האנרגיה הכוללת בתחילת התהליך הייתה מעט יותר גדולה מהאנרגיה שיצאה. המתמטיקה לא הסתבכה. מוזר.
אז כמה פיזיקאים רקחו חלקיק חדש לגמרי מבד שלם. משהו לסחוף את האנרגיה החסרה. משהו קטן, משהו קל, משהו ללא מטען. משהו שיכול לגלוש דרך הגלאים שלהם מבלי לשים לב.
קצת ניטרלי. נייטרינו.
לקח עוד כמה עשורים כדי לאשר את קיומם - זה כמה שהם חלקלקים וערמומיים ומגניבים. אולם בשנת 1956 הצטרפו נייטרינים למשפחה ההולכת וגדלה של חלקיקים ידועים, מדודים ואושרים.
ואז הדברים נהיו מוזרים.
טעם אהוב
הצרה החלה להתבשל עם גילוי המואון, אשר התרחש במקרה באותה התקופה בה רעיון הנייטרינו החל לצבור קרקע: שנות השלושים. המואון דומה כמעט לאלקטרון. חיוב זהה. אותו סיבוב. אבל זה שונה בדרך מכריעה אחת: הוא כבד יותר, מסיבי פי 200 יותר מאחיו, האלקטרון.
מיונים משתתפים בתגובות הספציפיות שלהם, אך אינם נוטים להימשך זמן רב. בגלל התפזורת המרשימה שלהם, הם מאוד לא יציבים ומתרבים במהירות למקלחות של קטעים קטנים יותר ("מהר" כאן פירושו בתוך שניה או שתיים אחרות).
זה טוב ויפה, אז למה מיונים מגלים סיפור של הנייטרינו?
פיסיקאים הבחינו כי בתגובות ריקבון שהצביעו על קיומו של הנייטרינו היה תמיד קופץ אלקטרונים, ולעולם לא מוון. בתגובות אחרות, מיונים היו קופצים, ולא אלקטרונים. כדי להסביר ממצאים אלה, הם נימקו כי נייטרינו תמיד תואם אלקטרונים בתגובות הריקבון הללו (ולא כל סוג אחר של נייטרינו), ואילו האלקטרונים, המואון חייב להתאים לסוג של נייטרינו שטרם נתגלה ... אחרי הכל, האלקטרון נייטרינו ידידותי לא יכול היה להסביר את התצפיות מאירועי המואון.
וכך המשיך הציד. וכן הלאה. וכן הלאה. רק בשנת 1962 הפיזיקאים קיבלו סוף סוף מנעול בסוג השני של נייטרינו. במקור זכה לכינוי "הנייטרטו", אולם ראשים רציונליים יותר גברו בתכנית לקרוא לו המואון-נייטרינו, מכיוון שהוא תמיד התאחד את עצמו בתגובות עם המואון.
דרך הטאו
אוקיי, אז שני נייטרינים אישרו. האם בטבע היו עוד בחנות בשבילנו? בשנת 1975, חוקרים במרכז המאיץ הקווי של סטנפורד חילפו באומץ דרך הרים של נתונים מונוטוניים כדי לחשוף את קיומו של אח גדול עוד יותר אל האלקטרון הזריז והמואון הכבד: הטאו המלוהט, שנכנס לכדי פי 3,500 ממסת האלקטרון. . זה חלקיק גדול!
אז מיד התהפכה השאלה: אם יש משפחה של שלושה חלקיקים, האלקטרון, המואון והטאו ... האם יכול להיות שיש נייטרינו שלישי, להזדווג עם היצור החדש הזה?
אולי ואולי לא. אולי יש רק שני הנייטרינים. אולי יש ארבעה. אולי 17. הטבע לא בדיוק עמד בעבר בציפיות שלנו, ולכן אין סיבה להתחיל עכשיו.
מדלגים על הרבה פרטים איומים, במשך עשרות שנים שכנעו הפיזיקאים את עצמם באמצעות מגוון ניסויים ותצפיות שצריך להתקיים נייטרינו שלישי. אבל רק בקצה האלף, בשנת 2000, הניסוי שעוצב במיוחד בפרמילאב (שנקרא בצורה הומוריסטית הניסוי DONUT, לתצפית ישירה של ה- NU Tau, ולא, אני לא ממציא את זה) סוף סוף קיבל מספיק צפיות מאושרות כדי לטעון בצדק לגילוי.
רודפים אחר רוחות הרפאים
אז למה אכפת לנו כל כך מנטרינו? מדוע רודפים אחריהם למעלה מ- 70 שנה, מלפני מלחמת העולם השנייה ועד העידן המודרני? מדוע דורות של מדענים היו כה מרותקים לאלה הקטנים והנייטרלים האלה?
הסיבה היא שהנייטרינים ממשיכים לחיות מחוץ לציפיות שלנו. הרבה זמן אפילו לא היינו בטוחים שהם קיימים. במשך זמן רב היינו משוכנעים שהם חסרי המונים לחלוטין, עד שניסויים גילו בעצבנות שהם בטח בעלי המסה. בדיוק "כמה" נותרה בעיה מודרנית. ולנוייטרינו יש הרגל מעצבן זה לשנות אופי במהלך נסיעתם. נכון מאוד, כאשר נייטרינו נוסע בטיסה, הוא יכול להחליף מסכות בין שלושת הטעמים.
יתכן אפילו שיש שם נייטרינו נוסף שאינו משתתף באינטראקציות רגילות - משהו המכונה נייטרינו סטרילי, שפיזיקאים מחפשים אחר רעב.
במילים אחרות, נייטרינים מאתגרים ללא הרף את כל מה שאנחנו יודעים על פיזיקה. ואם יש דבר אחד שאנחנו צריכים, גם בעבר וגם בעתיד, זה אתגר טוב.
פול מ. סוטר הוא אסטרופיסיקאי ב אוניברסיטת מדינת אוהיו, מארח של תשאל איש חלל ו רדיו שטח, ומחבר מקומך ביקום.
