Nötrinolar, çok çeşitli nükleer süreçlerde oluşturulan zor atom altı parçacıklardır. "Az nötr olan" anlamına gelen isimleri, elektrik yükü taşımadıklarını ifade eder. Evrendeki dört temel kuvvetten, nötrinolar sadece iki yerçekimi ve atomların radyoaktif bozulmasından sorumlu olan zayıf kuvvet ile etkileşime girer. Neredeyse hiç kütlesi olmayan, neredeyse ışık hızında kozmosa girerler.
Büyük Patlama'dan sonra bir saniyenin sayısız nötrino ortaya çıktı. Ve her zaman yeni nötrinolar oluşur: yıldızların nükleer kalplerinde, Dünya üzerindeki parçacık hızlandırıcılarında ve atomik reaktörlerde, süpernovaların patlayıcı çöküşü sırasında ve radyoaktif elementler bozulduğunda. Connecticut, New Haven'daki Yale Üniversitesi'nden fizikçi Karsten Heeger'e göre, bu, evrendeki protonlardan ortalama 1 milyar kat daha fazla nötrino olduğu anlamına geliyor.
Yaygınlıklarına rağmen, nötrinolar büyük ölçüde fizikçiler için bir gizem olarak kalır, çünkü parçacıklar yakalamak çok zordur. Nötrinolar çoğu maddeden şeffaf bir pencereden geçen ışık ışınları gibi, varolan diğer her şeyle neredeyse hiç etkileşime girmemiş gibi akarlar. Şu anda yaklaşık 100 milyar nötrino vücudunuzun her santimetresinden geçiyor, ancak hiçbir şey hissetmeyeceksiniz.
Görünmez parçacıkları keşfetme
Nötrino ilk olarak bilimsel bir muammanın cevabı olarak gösterildi. 19. yüzyılın sonlarında, araştırmacılar, bir atomun içindeki çekirdeğin kendiliğinden bir elektron yaydığı beta bozunması olarak bilinen bir fenomen üzerinde kafa karıştırıyordu. Beta bozunumunun iki temel fiziksel yasayı ihlal ettiği görülüyordu: enerjinin korunması ve momentumun korunması. Beta bozunumunda, partiküllerin son konfigürasyonunun biraz çok az enerji var gibi görünüyordu ve proton elektronun zıt yönüne vurmak yerine hareketsiz duruyordu. 1930'a kadar fizikçi Wolfgang Pauli, eksik enerjiyi ve momentumu taşıyarak çekirdekten ekstra bir parçacığın uçabileceği fikrini önermedi.
"Korkunç bir şey yaptım. Tespit edilemeyen bir parçacık önerdim," dedi Pauli, bir arkadaşına, varsaydığı nötrino'nun öylesine hayalet olduğunu ve hiçbir şeyle neredeyse hiç etkileşimde bulunmayacağı ve çok az kütleye sahip olacağı ve çok az kütleye sahip olacağı gerçeğine atıfta bulunarak .
Bir çeyrek yüzyıldan fazla bir süre sonra, fizikçiler Clyde Cowan ve Frederick Reines bir nötrino dedektörü inşa ettiler ve onu Güney Carolina'daki atomik Savannah Nehri santralindeki nükleer reaktörün dışına yerleştirdiler. Deneyleri, reaktörden uçan yüzlerce trilyon trilyondan birkaçını takmayı başardı ve Cowan ve Reines, Pauli'ye onaylarını bildirmesi için gururla bir telgraf gönderdi. Reines 1995 yılında Nobel Fizik Ödülü'nü kazanacaktı - o sırada Cowan öldü.
Fakat o zamandan beri, nötrinolar bilim adamlarının beklentilerini sürekli olarak reddetti.
Güneş, Dünya'yı bombalayan muazzam sayıda nötrino üretir. 20. yüzyılın ortalarında, araştırmacılar bu nötrinoları aramak için dedektörler inşa ettiler, ancak deneyleri tahmin edilen nötrinoların sadece üçte birini tespit ederek tutarsızlık göstermeye devam etti. Ya gökbilimcilerin güneş modelleri ile ilgili bir sorun vardı ya da garip bir şeyler oluyordu.
Fizikçiler nihayetinde nötrinoların muhtemelen üç farklı tat veya tipte geldiğini fark ettiler. Sıradan nötrinoya elektron nötrino denir, ancak iki lezzet daha vardır: bir müon nötrino ve bir tau nötrino. Güneş ve gezegenimiz arasındaki mesafeden geçerken, nötrinolar bu üç tip arasında salınmaktadır, bu yüzden sadece bir lezzet aramak için tasarlanmış olan ilk deneyler toplam sayılarının üçte ikisini eksik tutmuştur.
Ancak, sadece kütlesi olan parçacıklar bu salınımdan geçerek, nötrinoların kütlesiz olduğuna dair önceki fikirlerle çelişebilir. Bilim adamları hala her üç nötrino kütlesinin tam kütlesini bilmese de, deneyler en ağırlarının elektron kütlesinden en az 0.0000059 kat daha küçük olması gerektiğini belirlemiştir.
Nötrino için yeni kurallar?
2011 yılında, İtalya'daki Emülsiyon-tRacking Aparatı (OPERA) deneyi ile Salınım Projesi'ndeki araştırmacılar, nötrinoların ışık hızından daha hızlı seyahat ettiklerini söyleyerek dünya çapında bir sansasyon yarattılar - sözde imkansız bir girişim. Medyada geniş çapta bildirilmesine rağmen, sonuçlar bilim camiasından büyük bir kuşkuyla karşılandı. Bir yıldan az bir süre sonra, fizikçiler hatalı kablolamanın ışıktan daha hızlı bir bulguyu taklit ettiğini fark ettiler ve nötrinolar kozmik olarak yasalara uyan parçacıklar alanına geri döndüler.
Ancak bilim adamları hala nötrinolar hakkında öğrenecek çok şeyleri var. Son zamanlarda, Chicago yakınlarındaki Fermi Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı'nda (Fermilab) Mini Booster Nötrino Denemesi'nden (MiniBooNE) araştırmacılar, steril bir nötrino adı verilen yeni bir nötrino türü tespit ettiklerine dair kanıtlar sundular. Böyle bir bulgu, New Mexico'daki Los Alamos Ulusal Laboratuarı'nda yapılan bir deney olan Sıvı Sintilatör Nötrino Detektöründe (LSND) görülen daha önceki bir anormalliği doğrulamaktadır. Steril nötrinolar bilinen tüm fiziği yükseltirler çünkü yerçekimi dışındaki hemen hemen bilinen tüm parçacıkları ve kuvvetleri açıklayan bir çerçeve olan Standart Model olarak bilinenlere uymazlar.
MiniBooNE'nin yeni sonuçları devam ederse, "Bu çok büyük olurdu; Standart Modelin ötesinde; bu yeni parçacıklar ... ve tamamen yeni bir analitik çerçeve gerektirecektir", Duke Üniversitesi'nden parçacık fizikçisi Kate Scholberg Live Science'a verdiği demeçte.
