Але незважаючи на свою всюдисущність, ці частинки залишаються загадкою для фізиків. Так відбувається тому, тому що їх дуже важко зловити. Нейтрино проходить крізь матерію так, ніби вона практично прозора для них. Але взаємодія цих частинок з речовиною все ж відбувається. Але вкрай і вкрай рідко. Близько 100 мільярдів нейтрино проходять через кожен квадратний сантиметр вашого тіла прямо зараз. Ви що-небудь відчуваєте? І це є однією з найцікавіших таємниць сучасної фізики.
Зловити невидимку
Гіпотеза про існування нейтрино вперше запропонували як відповідь на одну наукову загадку. Наприкінці XIX століття дослідники вивчали процес, відомий як бета-розпад. Під час цього процесу ядро всередині атома мимоволі випускає електрон. Бета-розпад порушував два фундаментальні фізичні закони: збереження енергії та збереження імпульсу. Кінцева конфігурація частинок після бета-розпаду, як здавалося, мала занадто мало енергії. І протон під час експерименту стояв нерухомо. А не зміщувався в протилежному від електрона напрямку. Що б пояснити спостережувані ефекти, в 1930 році фізик Вольфганг Паулі задумався про те, що з ядра може вилітати додаткова частинка. Саме вона і могла забирати відсутні енергію та імпульс.
Минуло понад чверть століття. Фізики Клайд Коуен і Фредерік Рейнс побудували нейтринний детектор. Вони розмістили його за межами ядерного реактора атомної електростанції Саванна-Рівер в Південній Кароліні, США. Під час проведеного експерименту вченим вдалося зловити кілька з сотень трильйонів невидимок, які летіли з реактора. Коуен і Рейнс з гордістю відправили Паулі телеграму, щоб повідомити йому про своє відкриття. Рейнс згодом отримав Нобелівську премію з фізики. Це сталося 1995 року.
Відтоді нейтрино постійно кидали виклик вченим.
Різні нейтрино
Наше Сонце виробляє колосальну кількість нейтрино. Ці частинки безперервно бомбардують нашу планету. У середині 20-го століття дослідники побудували детектори для пошуку цих частинок. Але їхні експерименти показували невідповідність прогнозам. Було виявлено лише близько третини передбаченої кількості нейтрино. Або щось було не так з астрономічними моделями Сонця, або відбувалося щось дивне.
Фізики зрештою зрозуміли, що загадкові частинки, ймовірно, бувають трьох різних типів. Звичайне нейтрино називається електронним. Але існують і два інших: мюонне нейтрино і тау-нейтрино. Коли вони проходять відстань між Сонцем і нашою планетою, частинки коливаються між цими трьома типами. Тому в тих ранніх експериментах, які були призначені тільки для пошуку одного типу, не вистачало двох третин від їх загального числа.
Але тільки частинки, що мають масу, можуть піддаватися подібному коливанню. Це суперечило більш раннім уявленням про те, що нейтрино не мають масу. Хоча вчені досі не знають точних мас усіх трьох типів частинок, експерименти визначили, що найважча з них повинна мати масу принаймні в 0,0000059 рази менше маси електрону.
Нові типи нейтрино?
У 2011 році дослідники з проекту Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparature (OPERA) в Італії створили всесвітню сенсацію. Вони оголосили, що виявили нейтрино, що рухаються швидше швидкості світла. Що в корені суперечить постулатам сучасної фізики. Незважаючи на широке висвітлення цих результатів у засобах масової інформації, вони були зустрінуті науковою спільнотою з великим скептицизмом. Менш ніж через рік фізики зрозуміли, що це несправна проводка імітувала отримані надсвітові швидкості. І нейтрино повернулися в область законослухняних частинок.
Вченим, звичайно, ще багато чого належить дізнатися про ці дивні частинки. Нещодавно дослідники з експерименту Mini Booster Neutrino (MiniBooNE) в Національній прискорювальній лабораторії Фермі (Fermilab) недалеко від Чикаго надали переконливі докази того, що вони виявили новий тип нейтрино. Вони назвали його «стерильним». Така знахідка підтверджує більш ранню аномалію, що спостерігалася в нейтринному детекторі рідких сцинтиляторів (LSND), експерименті в Лос-Аламоській Національній лабораторії в Нью-Мексико. Стерильні нейтрино перевернули б всю відому фізику. Тому що вони не вписуються в те, що відомо як стандартна модель. Вона пояснює властивості майже всіх відомих частинок і сил, крім гравітації.
У світі фізики нічого не застигло і не стоїть на місці. Іноді здається, що з часів Ейнштейна не було придумано нічого нового. Але це не так. Наука постійно рухається вперед. Хто знає, може бути саме нейтрино і їх загадкові властивості допоможуть нам коли-небудь досягти зірок...
