Нейтрино, пожалуй, самые недооцененные частицы, известные человечеству. Физик, умный парень и умный алекс Вольфганг Паули впервые предложил свое существование в 1930 году как недостающую часть головоломки - некоторые ядерные реакции происходили больше, чем выходили. Паули рассуждал о том, что должно было быть задействовано что-то крошечное и невидимое - отсюда и нейтрино, которое по-итальянски означает «маленький нейтральный».
За десятилетия, прошедшие с этого первоначального предложения, мы узнали и любим - но не до конца понимаем - эти маленькие нейтральные парни. У них есть немного массы, но мы не уверены, сколько. И они могут превращаться из одного вида нейтрино (называемого «аромат», потому что почему бы и нет?) В другой, но мы не уверены, как.
Всякий раз, когда физики что-то не понимают, они действительно взволнованы, потому что, по определению, ответ на загадку должен лежать вне известной физики. Таким образом, тайна массы и смешивания нейтрино может дать нам подсказку о таких загадках, как самые ранние моменты Большого взрыва.
Одна маленькая проблема: малость. Нейтрино крошечные и почти никогда не разговаривают с нормальным веществом. Триллионы за триллионами проходят через ваше тело прямо сейчас. Вы их замечаете? Нет, ты не Чтобы по-настоящему погрузиться в свойства нейтрино, мы должны сделать все возможное, и скоро появятся три новых эксперимента по нейтрино, которые помогут нам справиться с ситуацией. Мы надеемся.
Давайте рассмотрим:
DUNE
Возможно, вы слышали волнение о римейке классического научно-фантастического романа «Дюна». Это не так Вместо этого, эта ДЮНА означает «Глубокий подземный нейтринный эксперимент», который состоит из двух частей. Первая часть будет в Фермилаб, штат Иллинойс, и будет включать в себя гигантскую нейтринную пушку в стиле злого гения, которая разгонит протоны почти до скорости света, разбивает их на части и выпускает триллионы нейтрино в секунду из бизнес-целей.
Оттуда нейтрино будут путешествовать по прямой линии (потому что это все, что они умеют делать), пока не попадут во вторую часть, примерно в 800 милях (1300 километрах) от центра подземных исследований Санфорда в Южной Дакоте. Почему под землей? Поскольку нейтрино движутся по прямой линии (опять же, выбора нет), но Земля искривлена, поэтому детектор должен находиться примерно в миле (1,6 км) под поверхностью. И этот детектор составляет около 40 000 тонн (36 000 метрических тонн) жидкого аргона.
Hyper-Kamiokande
Предшественником будущего Hyper-Kamiokande («Hyper-K», если вы хотите быть крутым на физических вечеринках) был метко названный Super-Kamiokande («Super-K» по тем же причинам), расположенный недалеко от Хиды. Япония Это довольно простая установка для обоих инструментов: гигантский резервуар сверхчистой воды, окруженный фотоумножителями, которые усиливают очень слабые световые сигналы.
Каждый раз в очень редких случаях нейтрино попадает в молекулу воды, заставляя электрон или позитрон (антиматерный партнер электрона) улетать быстрее, чем скорость света в воде. Это вызывает вспышку голубоватого света, называемого черенковским излучением, и этот свет улавливается фотоумножителями. Изучите вспышку, поймите нейтрино.
Super-K вошел в историю в 1998 году, когда он предоставил первое убедительное доказательство того, что нейтрино изменяют вкус во время полета, основываясь на наблюдениях нейтрино, полученных в адских глубинах солнечного ядра. Это открытие дало физику Такааки Кадзиту Нобелевскую премию, а Супер-К - ласковое похлопывание по фотоумножителю.
Hyper-K похож на Super-K, но больше. Обладая емкостью 264 миллиона галлонов (1 миллиард литров) воды, он в 20 раз превышает объем сбора Super-K, что означает, что он потенциально может собирать в 20 раз больше нейтрино за то же время, что и Super-K. Hyper-K будет искать нейтрино, произведенные естественными, органическими реакциями, такими как слияние и сверхновые, по всей вселенной, начиная примерно с 2025 года. Кто знает? Это может получить кому-то Нобелевскую премию тоже.
Pingu
Я не совсем уверен, почему физики выбирают аббревиатуры, которые они делают для гигантских научных экспериментов. В данном случае Пингу - это имя европейского анимационного пингвина, который совершает различные злоключения и изучает важные жизненные уроки на южном континенте. Это также означает «Прецизионное обновление IceCube следующего поколения» (PINGU).
Часть этого аббревиатуры IceCube относится к самому большому и худшему нейтринному эксперименту в мире. Базирующийся на Южном полюсе, эксперимент состоит из цепочек детекторов, погруженных глубоко в полярный ледяной покров, которые будут использовать кристальную чистоту этого льда, чтобы сделать то же самое, что делают Супер- и Гипер-К в Японии: обнаружить черенковское излучение. произведенный нейтрино, пронизывающим лед. Эксперимент действительно начался всего несколько лет назад, но ученые, которые его проводят, уже жаждут обновления.
Вот почему IceCube может быть большим, но это не значит, что он лучший во всех отношениях. У него есть слепое пятно: из-за его огромных размеров (целый кубический километр льда) ему трудно видеть нейтрино низкой энергии; просто детекторы IceCube не видят достаточно хлопот и шипения.
Введите PINGU: набор дополнительных детекторов, расположенных рядом с центром IceCube, специально предназначенных для захвата нейтрино с более низкой энергией, которые ударяются о Землю.
Когда он (надеюсь) выйдет в сеть, PINGU присоединится к армии приборов и детекторов по всему миру, которые пытаются поймать как можно больше этих призрачных маленьких почти ничтожеств и раскрыть их секреты.
