Neutrinos mungkin adalah zarah paling rendah yang diketahui oleh manusia. Ahli fizik, lelaki pintar dan orang bodoh pintar Wolfgang Pauli mula mencadangkan kewujudan mereka pada tahun 1930 sebagai kepingan teka-teki yang hilang - tindak balas nuklear tertentu lebih banyak daripada yang mereka lakukan. Pauli beranggapan bahawa sesuatu yang kecil dan tidak kelihatan terpaksa terlibat - oleh itu, neutrino, yang mana jenis bahasa Itali untuk "sedikit neutral."
Dalam dekad sejak usul awal, kami telah mengenali dan mencintai - tetapi tidak faham sepenuhnya - mereka yang kecil neutral. Mereka mempunyai sedikit jisim, tetapi kami tidak pasti berapa banyak. Dan mereka boleh morph daripada satu jenis neutrino (dipanggil "rasa," kerana mengapa tidak?) Kepada yang lain, tetapi kita tidak pasti bagaimana.
Setiap ahli fizikal tidak faham sesuatu, mereka sangat gembira, kerana, dengan definisi, jawapan untuk teka-teki mesti terletak di luar fizik yang diketahui. Jadi misteri jisim neutrino dan pencampuran boleh memberikan petunjuk kepada misteri seperti momen paling awal Big Bang.
Satu masalah kecil: kekurangan. Neutrinos adalah kecil dan tidak pernah bercakap dengan perkara biasa. Trilion apabila trilion melewati tubuh anda sekarang. Adakah anda melihatnya? Tidak, awak tidak. Untuk benar-benar menggali ke dalam sifat-sifat neutrino, kita harus pergi besar, dan tiga eksperimen neutrino baru akan datang dalam talian tidak lama lagi untuk memberikan kita pegangan pada perkara. Kami berharap.
Mari kita terokai:
DUNE
Anda mungkin pernah mendengar kegembiraan tentang pembuatan semula novel klasik sci-fi "Dune." Ini bukannya. Sebaliknya, DUNE ini bermaksud "Deep Underground Neutrino Experiment," yang terdiri daripada dua bahagian. Bahagian pertama akan berada di Fermilab, Illinois, dan akan merangkumi senapang neutrino gaya jenius gergasi yang akan mempercepatkan proton berhampiran kelajuan cahaya, menghancurkannya menjadi benda dan menembak trillions neutrinos sesaat dari hujung perniagaan.
Dari sana, neutrino akan melakukan perjalanan dengan lurus (kerana itu semua mereka tahu bagaimana untuk melakukannya) sehingga mereka melanda bahagian dua, kira-kira 800 batu (1,300 kilometer) di Sanford Facility Research Underground di South Dakota. Kenapa di bawah tanah? Kerana neutrinos bergerak dalam garis lurus (sekali lagi, tiada pilihan) tetapi Bumi melengkung, jadi pengesan perlu duduk sekitar satu batu (1.6 km) di bawah permukaan. Dan pengesan ini kira-kira 40,000 tan (36,000 tan metrik) argon cecair.
Hyper-Kamiokande
Pendahulu Hyper-Kamiokande ("Hyper-K" tidak lama lagi jika anda mahu menjadi sejuk di pesta fizik) adalah Super-Kamiokande ("Super-K" dengan alasan yang sama), terletak berhampiran Hida , Jepun. Ia persediaan cukup mudah bagi kedua-dua instrumen: tangki gergasi air ultrapure dikelilingi oleh tiub photomultiplier, yang menguatkan isyarat cahaya yang sangat samar-samar.
Setiap sekali dalam masa yang sangat jarang berlaku, neutrino mencetuskan molekul air, menyebabkan elektron atau positron (rakan antimatter elektron) untuk bergerak jauh lebih cepat daripada kelajuan cahaya di dalam air. Ini menyebabkan sinaran cahaya kebiruan yang dipanggil radiasi Cherenkov, dan cahaya itu diambil oleh tiub photomultiplier. Belajar kilat, faham neutrino.
Super-K membuat super sejarah pada tahun 1998 apabila ia memberikan bukti kukuh pertama bahawa neutrino mengubah rasa ketika mereka terbang, berdasarkan pemerhatian neutrino yang dihasilkan dalam kedalaman infernal teras matahari. Penemuan itu ditangkap ahli fizik Takaaki Kajita Hadiah Nobel dan Super-K yang menyayangi pada tiub photomultiplier.
Hyper-K adalah seperti Super-K tetapi lebih besar. Dengan kapasiti sebanyak 264 juta gelen (1 bilion liter) air, ia mempunyai 20 kali jumlah pengumpulan Super-K, yang bermakna ia boleh berpotensi mengumpul 20 kali bilangan neutrinos dalam masa yang sama Super-K boleh. Hyper-K akan mencari neutrino yang dihasilkan oleh tindak balas semula jadi, organik, seperti gabungan dan supernova, di seluruh alam semesta, bermula pada tahun 2025. Siapa tahu? Ia juga mungkin mendapat Hadiah Nobel.
PINGU
Saya tidak pasti mengapa ahli fizik memilih akronim yang mereka lakukan untuk eksperimen sains gergasi. Dalam kes ini, Pingu adalah nama penguin animasi Eropah yang mempunyai pelbagai kesilapan dan mempelajari pelajaran kehidupan penting di benua selatan. Ia juga bermaksud "Advanced IceCube Next Generation Upgrade" (PINGU).
Bahagian aisCube daripada singkatan itu merujuk kepada eksperimen neutrino yang paling buruk, di dunia. Berasaskan di Kutub Selatan, eksperimen terdiri daripada rentetan pengesan yang tenggelam jauh ke dalam helai ais polar yang akan menggunakan kejelasan kristal ais itu untuk melakukan perkara yang sama yang Super- dan Hyper-K dilakukan di Jepun: mengesan radiasi Cherenkov dihasilkan oleh neutrinos zinging melalui ais. Eksperimen ini hanya benar-benar berlaku beberapa tahun yang lalu, tetapi sudahpun para saintis yang menjalankannya adalah gatal-gatal untuk naik taraf.
Inilah sebabnya. IceCube mungkin besar, tetapi itu tidak bermakna ia adalah yang terbaik di semua perkara. Ia mempunyai tempat buta: Kerana saiznya yang sangat besar (keseluruhan kilometer kubik ais), ia mempunyai masa yang sukar untuk melihat neutrinos tenaga rendah; mereka hanya tidak membuat pop dan fizzle cukup untuk dilihat oleh pengesan IceCube.
Masukkan PINGU: sekumpulan pengesan tambahan, berpakaian berhampiran pusat IceCube, yang direka khas untuk menangkap neutrinos tenaga rendah yang menyerang Bumi.
Apabila ia (mudah-mudahan) datang dalam talian, PINGU akan menyertai tentera instrumen dan pengesan di seluruh dunia yang cuba untuk menangkap seberapa banyak hantu hampir-hampir hantu yang mungkin dan membuka kunci rahsia mereka.
