Nötrinolar belki de bilinen parçacıkların en şaşırtıcı olanıdır. Parçacıkların nasıl davranması gerektiğine dair bilinen tüm kuralları çözerler. Fantezi dedektörlerimize alay ediyorlar. Kozmik kediler gibi, evren boyunca endişe ya da özen olmadan travıyorlar, bazen geri kalanımızla etkileşime giriyorlar, ama gerçekten sadece öyle hissettiklerinde, dürüst olmak gerekirse bu kadar sık değil.
En sinir bozucu, maske takıyorlar ve asla iki kez aynı görünmüyorlar.
Ancak yeni bir deney bizi bu maskeleri parçalamaya bir adım daha yaklaşmış olabilir. Gerçek nötrino kimliğini ortaya çıkarmak, nötrinoların kendi antimadde ortakları olup olmadığı gibi uzun süredir devam eden soruları cevaplamaya yardımcı olabilir ve hatta doğa güçlerini tek bir uyumlu teoriye birleştirmeye bile yardımcı olabilir.
Büyük bir problem
Nötrinolar garip. Üç tür vardır: elektron nötrino, muon nötrino ve tau nötrino. (Bu üç parçanın da antipartikül versiyonları var, ama bu hikayenin büyük bir parçası değil.) Öyle adlandırılıyorlar çünkü bu üç çeşit üç farklı parçacık partisiyle parti yapıyor. Elektron nötrinoları elektronları içeren etkileşimlere katılır. Muon nötrinoları müonlarla eşleşir. Tau nötrino'nun neyle etkileşime girdiğini tahmin etmek için puan verilmeyecektir.
Şimdiye kadar, bu hiç de garip değil. İşte garip kısım geliyor.
Parçacıklar için değil nötrinolar - elektronlar, müonlar ve tau parçacıkları gibi - gördüğünüz şey elde ettiğiniz şeydir. Bu parçacıkların kütleleri hariç hepsi aynıdır. Bir parçacığı bir elektronun kütlesi ile tespit ederseniz, tam olarak bir elektronun davranması gerektiği gibi davranacaktır ve aynı şey müon ve tau için de geçerlidir. Dahası, bir elektronu bulduğunuzda, her zaman bir elektron olacaktır. Ne fazla ne eksik. Muon ve tau için aynı.
Fakat aynı şey kuzenleri, elektron, müon ve tau nötrinoları için geçerli değildir.
Dediğimiz gibi, "tau nötrino" her zaman tau nötrino değildir. Kimliğini değiştirebilir. Orta uçuş, bir elektron veya muon nötrino olabilir.
Temelde kimsenin beklemediği bu garip fenomene nötrino salınımı denir. Diğer şeylerin yanı sıra, bir elektron nötrino oluşturabileceğiniz ve en iyi arkadaşınıza hediye olarak gönderebileceğiniz anlamına gelir. Ama bunu elde ettiklerinde, bunun yerine bir tau nötrino bulmak hayal kırıklığına uğrayabilirler.
Tahterevalli
Teknik nedenlerle, nötrino salınımı sadece üç farklı kütleye sahip üç nötrino olduğunda işe yarar. Ancak salınan nötrinolar elektron, muon ve tau aromalı nötrino değildir.
Bunun yerine, her biri farklı fakat bilinmeyen kitlelere sahip üç "gerçek" nötrino vardır. Bu gerçek, temel nötrinoların farklı bir karışımı laboratuvarlarımızda (elektron, muon, tau) tespit ettiğimiz her nötrino aromasını yaratır. Dolayısıyla, laboratuvarda ölçülen kütle, gerçek nötrino kütlelerinin bir karışımıdır. Bu arada, karışımdaki her gerçek nötrino kütlesi, farklı tatların her birine ne sıklıkla dönüştüğünü yönetir.
Şimdi fizikçilerin işi tüm ilişkileri çözmektir: Bu gerçek nötrinoların kütleleri nelerdir ve üç lezzeti yapmak için nasıl karışırlar?
Bu yüzden fizikçiler, tatları ne zaman ve ne sıklıkta değiştirdiklerine bakarak "gerçek" nötrinoların kitlelerini ortaya çıkarmak için avlanıyorlar. Yine, bunu açıklarken fizik jargonu çok yararsızdır, çünkü bu üç nötrinoların adları basitçe m1, m2 ve m3'tür.
Çeşitli özenli deneyler, bilim adamlarına en azından dolaylı olarak gerçek nötrinoların kitleleri hakkında bazı şeyler öğretti. Örneğin, kitlelerin karesi arasındaki bazı ilişkileri biliyoruz. Ancak gerçek nötrinoların ne kadar ağır olduğunu bilmiyoruz ve hangilerinin daha ağır olduğunu bilmiyoruz.
M3 en ağır, ağır basan m2 ve m1 olabilir. Buna "normal düzen" denir, çünkü oldukça normal görünüyor - ve onlarca yıl önce tahmin edilen düzen fizikçileri. Ancak şu andaki bilgi durumumuza dayanarak, m2'nin en ağır nötrino olduğu da olabilir, m1 çok geride değil ve m3 puny karşılaştırıldığında. Bu senaryoya "ters sıralama" denir, çünkü başlangıçta yanlış düzeni tahmin ettiğimiz anlamına gelir.
Tabii ki, bu senaryoların her birinin doğru olması için çürüten teorisyen kampları var. Doğa güçlerinin tümünü (veya en azından çoğunu) tek bir çatı altında birleştirmeye çalışan teoriler tipik olarak normal nötrino-kütle düzeni gerektirir. Öte yandan, nötrino'nun kendi antipartikül ikizi olması için ters kitle düzeni gereklidir. Ve eğer bu doğruysa, neden evrende antimaddeden daha fazla madde olduğunu açıklamaya yardımcı olabilir.
DeepCore Antrenmanı
Hangisi: normal mi yoksa ters mi? Bu, son birkaç on yıldaki nötrino araştırmalarından ortaya çıkacak en büyük sorulardan biri ve devasa IceCube Neutrino Rasathanesinin cevaplamak için tasarlandığı türden bir soru. Güney Kutbu'nda bulunan gözlemevi, Antarktika Buz Tabakası'na gömülmüş düzinelerce dedektör dizisinden oluşuyor ve daha düşük enerjili etkileşimleri görebilen sekiz verimli daha verimli dedektör dizisinin merkezi "DeepCore" u.
Nötrinolar normal maddeyle zar zor konuşurlar, bu yüzden Dünya'nın vücudunun içinden doğrudan jetleme yapabilirler. Ve bunu yaparken, çeşitli tatlara dönüşecekler. Nadiren her seferinde, Antarktika Buz Tabakasında IceCube dedektörünün yakınındaki bir moleküle çarpacak ve Cherenkov radyasyonu adı verilen şaşırtıcı derecede mavi bir ışık yayan basamaklı bir parçacık duşunu tetikleyecekler. IceCube dizelerinin algıladığı bu ışık.
Baskı öncesi dergisi arXiv'de yayınlanan yakın tarihli bir makalede IceCube bilim adamları, her bir nötrino türünün kaç tanesinin Dünya'dan geçtiğini ölçmek için üç yıllık DeepCore verileri kullandılar. Tabii ki ilerleme yavaştır, çünkü nötrinoları yakalamak çok zordur. Ama bu işte. bilim adamları normal sipariş için verilerde hafif bir tercih bildiriyorlar (bu, onlarca yıl önce tahmin ettiğimiz anlamına geliyordu). Ancak henüz kesin bir şey bulamadılar.
Elde edeceğimiz bu mu? Kesinlikle değil. IceCube yakında büyük bir yükseltmeye hazırlanıyor ve Precision IceCube Yeni Nesil Yükseltme (PINGU) ve Derin Yeraltı Nötrino Deneyi (DUNE) gibi yeni deneyler de bu merkezi sorunun üstesinden gelmek için hazırlanıyor. Nötrino kütlelerinin düzeni ile ilgili bu kadar basit bir sorunun, evrenin çalışma şeklini bu kadar açıklayacağını kim bilebilirdi? Çok kötü, aynı zamanda kolay bir soru da değil.
Paul M. Sutter astrofizikçi Ohio Eyalet Üniversitesi, birşeyin sahibi "Bir Uzay Adamına Sorun" ve "Uzay Radyo, "ve" yazarı "Evrendeki Yeriniz."
