Если вы поднесете руку к солнечному свету, через нее каждую секунду незаметно пройдут миллиарды нейтрино. Эти субатомные частицы редко взаимодействуют с другим веществом, потому что они электрически нейтральны и почти не имеют массы. Но это вещи звезд. И сверхновая. И черные дыры. Их изучение побудило ученых пересмотреть Стандартную модель физики и выдвинуть гипотезу о составе Вселенной.
В течение нескольких десятилетий физики выдвигали гипотезу о том, что нейтрино являются вторыми по распространенности частицами во Вселенной (после фотонов), потому что они являются побочным продуктом обычных событий. Во время ядерного синтеза, питающего такие звезды, как наше Солнце, высвобождается разновидность нейтрино, называемая электронным нейтрино. Их массы примерно в 0,00000001 раз больше, чем у электронов. Более крупные космические двигатели, такие как сверхновые звезды и черные дыры, производят другие ароматы: мюонные и тау-нейтрино. Их массы примерно в два и четыре раза больше, чем у электронов. (И да, «аромат» - это настоящий научный термин, потому что физики элементарных частиц великолепны.)
Огромные силы, которые создают нейтрино, в сочетании со сверхмалыми массами частиц, разбрасывают нейтрино по космосу со скоростью, близкой к скорости света. И поскольку они не несут заряда, а гравитация - относительно слабая сила, они могут (и проходят!) проходить прямо сквозь твердые планеты, как будто там ничего нет. Их траектории - прямые линии.
Как обсуждалось в приведенном выше видеоролике Fw:Thinking, обнаружив нейтрино и проследив их обратно в точки их происхождения, мы могли бы узнать больше, чем когда-либо прежде, о природе космических лучей, гамма-всплесков, сверхновых и других космологических явлений.. И поскольку нейтрино так распространены, их масса, пусть и крошечная, может объяснить одну из самых больших проблем физики: темную материю.
Конечно, обнаружение и отслеживание почти безмассовых частиц, которые редко взаимодействуют с чем-либо, - это проблема, которая, по словам исследователя Джейсона Коскинена, может «свести экспериментаторов с ума». Из каждых 100 миллиардов нейтрино или около того, которые проходят через Землю, только один может взаимодействовать с другими частицами. Но физики работали над этим.
Команды, работающие с детекторами (такими как упомянутый в видео телескоп IceCube), кропотливо собирают и обрабатывают данные, а лаборатории по всему миру объединились, чтобы доказать то, что мы подозреваем о массе и поведении нейтрино. Их исследования получили Нобелевскую премию и Премию за прорыв в физике в 2015 году и привели к осознанию того, что Стандартная модель частиц и взаимодействий человечества нуждается в пересмотре. Пока они и другие команды работают, мы будем искать дополнительную информацию о важных вопросах, на которые могут ответить эти крошечные частицы.