Nötrinolarda yüzüyoruz. Onlar iki düzine kadar bilinen atom altı parçacığın en hafifleri arasındadır ve her yönden gelirler: evreni başlatan Büyük Patlama'dan, patlayan yıldızlardan ve hepsinden önemlisi güneşten. Her zaman, gece ve gündüz, muazzam sayılarda, neredeyse ışık hızında dünyanın içinden geçerler. Her saniye yaklaşık 100 trilyon nötrino vücudumuzdan geçer.

Fizikçiler için sorun, nötrinoların görülmesinin imkansız ve tespit edilmesinin zor olmasıdır. Bunu yapmak için tasarlanmış herhangi bir alet dokunuşa sağlam gelebilir, ancak nötrinolar için paslanmaz çelik bile çoğunlukla boş bir alandır, bir güneş sisteminin bir kuyruklu yıldıza açık olduğu kadar geniştir. Dahası, çoğu atom altı parçacığın aksine nötrinoların elektrik yükü yoktur - nötrdürler, bu nedenle adı - bu nedenle bilim adamları onları yakalamak için elektrik veya manyetik kuvvetleri kullanamazlar. Fizikçiler onlara hayalet parçacıklar diyorlar.



Bu anlaşılması güç varlıkları yakalamak için fizikçiler, olağanüstü derecede iddialı bazı deneyler yaptılar. Nötrinoların kozmik ışınlarla (dış uzaydan dünyaya nüfuz etmeyen atom altı parçacıklar) karıştırılmaması için, dedektörler yerin derinliklerine kurulur. Muazzam olanları altın ve nikel madenlerine, dağların altındaki tünellere, okyanusa ve Antarktika buzuna yerleştirildi. Bu tuhaf derecede güzel cihazlar, insanlığın evren hakkında bilgi edinme kararlılığının anıtlarıdır.



Nötrinoları incelemekten hangi pratik uygulamaların geleceği belli değil. Illinois, Batavia'daki Fermilab'da teorik fizikçi olan Boris Kayser, bunun nereye varacağını bilmiyoruz, diyor.

Fizikçiler kısmen nötrinoları incelerler çünkü nötrinolar çok tuhaf karakterlerdir: doğayı en temel haliyle tanımlayan kuralları çiğniyor gibi görünüyorlar. Fizikçiler, doğanın temellerini istisnasız açıklayan tutarlı bir gerçeklik teorisi geliştirme umutlarını bir gün yerine getireceklerse, nötrinoların davranışını açıklamak zorunda kalacaklar.



Buna ek olarak, nötrinolar bilim adamlarının ilgisini çeker, çünkü parçacıklar şiddetli bir şekilde patlayan galaksiler ve diğer gizemli fenomenler tarafından yaratılan evrenin dış erişimlerinden gelen habercilerdir. Kayser, nötrinoların bize daha fazla tekdüze parçacıkların söyleyemeyeceği şeyleri söyleyebileceğini söylüyor.

ilk arabalı sinema

Fizikçiler, nötrinoları hiç bulunmadan çok önce hayal ettiler. 1930'da, bir araya gelmeyen bir denklemi dengelemek için bir konsept yarattılar. Bir radyoaktif atomun çekirdeği parçalandığında, yaydığı parçacıkların enerjisi, başlangıçta içerdiği enerjiye eşit olmalıdır. Ama aslında bilim adamları, çekirdeğin dedektörlerin algıladığından daha fazla enerji kaybettiğini gözlemledi. Fizikçi Wolfgang Pauli, bu ekstra enerjiyi açıklamak için, çekirdek tarafından yayılan fazladan, görünmez bir parçacık tasarladı. Pauli günlüğüne, tespit edilemeyen bir parçacık önererek bugün çok kötü bir şey yaptım, diye yazdı. Hiçbir teorisyenin asla yapmaması gereken bir şey.

Deneyciler yine de onu aramaya başladılar. 1950'lerin ortalarında Güney Carolina'daki bir nükleer silah laboratuvarında, bir nükleer reaktörün önüne, denklemlerine göre saniyede on trilyon nötrino üretmesi gereken iki büyük su tankı yerleştirdiler. Dedektör bugünün standartlarına göre küçüktü, ancak yine de nötrinoları tespit etmeyi başardı - saatte üç. Bilim adamları, önerilen nötrino'nun aslında gerçek olduğunu belirlemişlerdi; Hızlandırılmış zor parçacığın incelenmesi.



On yıl sonra, başka bir fizikçi grubu, Güney Dakota, Lead'deki Homestake altın madenine 4,850 fit yeraltında bir dedektör yerleştirdiğinde, alan büyüdü. Bu deneyde bilim adamları, bir nötrino bir klor atomuyla çarpıştığında ve kolayca tespit edilebilen radyoaktif argon oluşturduğunda nadir durumlarda neler olduğunu izleyerek nötrinoları gözlemlemeye başladılar. Deneyin merkezinde, 600 ton klor açısından zengin sıvı, kuru temizlemede kullanılan bir sıvı olan perkloroetilen ile doldurulmuş bir tank vardı. Birkaç ayda bir, bilim adamları tankı temizler ve 15 nötrino kanıtı olan yaklaşık 15 argon atomu çıkarırlardı. İzleme 30 yılı aşkın bir süre devam etti.

Nötrinoları daha fazla sayıda tespit etmeyi uman Japonya'daki bilim adamları, bir çinko madeninde 3300 fit yeraltında bir deneye öncülük etti. Super-Kamiokande veya bilindiği gibi Super-K 1996 yılında çalışmaya başladı. Dedektör, duvarları 13.000 ışık sensörüyle kaplı kubbeli bir tankta 50.000 ton sudan oluşuyor. Sensörler, bir nötrino sudaki bir atomla çarpıştığında ve bir elektron oluşturduğunda ara sıra meydana gelen mavi flaşı (gözlerimizin göremeyeceği kadar soluk) algılar. Fizikçiler, elektronun suda tam olarak izlediği yolu izleyerek, çarpışan nötrinoların uzayda kaynağını çıkarabildiler. Çoğunun güneşten geldiğini buldular. Ölçümler, Super-K'nin güneşin gökyüzündeki yolunu takip edebilmesi ve dünya yüzeyinin yaklaşık bir mil altından gündüzün geceye dönüşmesini izleyebilmesi için yeterince hassastı. Massachusetts Institute of Technology'de fizikçi olan Janet Conrad, bunun gerçekten heyecan verici bir şey olduğunu söylüyor. Parçacık izleri, güzel bir görüntü, güneşin nötrinolardaki resmi oluşturmak için derlenebilir.

Ancak Homestake ve Super-K deneyleri, fizikçilerin beklediği kadar nötrino tespit etmedi. Sudbury Neutrino Gözlemevi'ndeki (SNO, belirgin kar) araştırma nedenini belirledi. Ontario'da 6,800 fit derinliğindeki bir nikel madeninde kurulan SNO, nötrinolarla nispeten kolay reaksiyona giren alışılmadık bir hidrojen formuna sahip 1100 ton ağır su içerir. Akışkan, kendisi titreşimleri emen ve üzerine 9,456 ışık sensörünün asıldığı jeodezik bir üst yapının içinde tutulan devasa bir akrilik topun içinde asılı duran bir tanktadır - her şey 30 metrelik bir Noel ağacı süsü gibi görünüyor.

hayalet ve karanlık gerçek bir hikaye mi

SNO'da çalışan bilim adamları 2001'de bir nötrino'nun kendiliğinden üç farklı kimlik arasında geçiş yapabildiğini ya da fizikçilerin dediği gibi üç tat arasında salındığını keşfettiler. Keşfin şaşırtıcı sonuçları vardı. Birincisi, önceki deneylerin tahmin edilenden çok daha az nötrino tespit ettiğini gösterdi çünkü aletler sadece bir nötrino aromasına -bir elektron yaratan türe- ayarlandı ve değişenleri kaçırdılar. Bir diğeri için, bulgu fizikçilerin bir foton gibi bir nötrino'nun kütlesi olmadığı inancını yıktı. (Tatlar arasında salınım yapmak, yalnızca kütlesi olan parçacıkların yapabileceği bir şeydir.)

Nötrinoların kütlesi ne kadardır? Fizikçiler bunu öğrenmek için KATRIN'i—Karlsruhe Trityum Nötrino Deneyi'ni inşa ediyorlar. KATRIN'in iş kolu, radyoaktif olarak bozunmadan önce ve sonra atomların kütlesini ölçecek ve böylece nötrino'nun ne kadar kütle taşıdığını ortaya çıkaracak, spektrometre adı verilen 200 tonluk bir cihaza sahiptir. Teknisyenler spektrometreyi, deneyin çalışacağı Almanya'nın Karlsruhe kentine yaklaşık 250 mil uzaklıkta inşa ettiler; cihaz bölgenin dar yolları için çok büyüktü, bu yüzden Tuna Nehri üzerinde bir tekneye kondu ve Viyana, Budapeşte ve Belgrad'ı geçerek Karadeniz'e, Ege ve Akdeniz üzerinden, İspanya'nın etrafından İngiliz Kanalı üzerinden süzüldü. , Rotterdam'a ve Ren'e, daha sonra güneyde Leopoldshafen, Almanya'nın nehir limanına. Orada bir kamyona yüklendi ve iki ay ve 5.600 mil sonra şehrin içinden geçerek hedefine ulaştı. 2012 yılında veri toplamaya başlaması planlanmaktadır.

Uzaydan gelen nötrinoların süpernovalar veya çarpışan galaksiler hakkında taşıyabileceği bilgileriyle ilgilenen fizikçiler ve astronomlar, nötrino teleskoplarını kurdular. IceCube adlı biri, Antarktika'daki bir buz alanının içinde. 2011 yılında tamamlandığında, 5.000'den fazla mavi ışık sensöründen oluşacaktır (yukarıdaki şemaya bakınız). Sensörler, tahmin edebileceğiniz gibi gökyüzüne değil, yere doğru, kuzeyden gezegenden gelen güneşten ve uzaydan gelen nötrinoları tespit etmek için hedefleniyor. Dünya, kozmik ışınları engeller, ancak çoğu nötrino, 8.000 mil genişliğindeki gezegende sanki orada değilmiş gibi hızla ilerler.

Birkaç Ortabatı eyaleti altında uzun mesafeli bir nötrino deneyi yapılıyor. Atom altı parçacıklar üreten yüksek enerjili bir hızlandırıcı, kuzey Illinois'in altında, Wisconsin boyunca ve Minnesota'da altı mil derinliğe kadar nötrino ve ilgili parçacıkların ışınlarını fırlatıyor. Parçacıklar, Ana Enjektör Nötrino Salınım Araması (MINOS) adı verilen bir deneyin parçası olarak Fermilab'da başlar. Saniyenin binde üçünden daha kısa bir sürede, 450 mil uzaklıktaki Soudan demir madeninde bir dedektöre çarptılar. Bilim adamlarının topladığı veriler, bu sonsuz küçük dünya hakkındaki tablolarını karmaşıklaştırıyor: Şimdi, anti-nötrinolar olarak adlandırılan egzotik nötrino biçimlerinin, diğer nötrinolarla aynı salınım kurallarına uymayabileceği görülüyor.

Harika olan şey, diyor Conrad, beklediğimiz gibi değil.

Nötrinolara gelince, çok az şey var.

Ann Finkbeiner son kitabı, Büyük ve Cesur Bir Şey , evrenin haritasını çıkarma çabası olan Sloan Dijital Gökyüzü Araştırması hakkında.

Bizi bombalayan nötrinoların çoğu güneşten geliyor, burada bir ultraviyole görüntüsünde gösteriliyor.(NASA)

Japonya'daki devasa Super-Kamiokande dedektörü, nötrino belirtilerini tam olarak belirlemek için 13.000 sensörle kaplanmıştır. Bir teknedeki işçiler, cihazı suyla doldururken izliyor.(Kamioka Gözlemevi, ICRR (Kozmik Işın Araştırma Enstitüsü), Tokyo Üniversitesi)

Güneşin merkezindeki bir dizi reaksiyonda, hidrojen atomları füzyon yoluyla helyum oluşturur. Süreç, nötrinolar dahil olmak üzere enerji ve atom altı parçacıkları serbest bırakır. Bir foton veya ışık parçacığı güneşin yoğun çekirdeğini terk ettiğinde, ısı ve öfke içinde sıkışıp kalır ve milyonlarca yıl boyunca bize ulaşmayabilir. Ancak bir güneş nötrinosu kararlıdır ve sekiz dakika içinde dünyaya ulaşır.(Samuel Velasco / 5W İnfografik)

Kanada'nın Sudbury Nötrino Gözlemevi, bir nötrino'nun kimliğini değiştirebileceğini doğruladı.(SNO)

Burada laboratuvarın STAR dedektöründe gösterilen New York'taki Brookhaven Ulusal Laboratuvarı'ndaki fizikçiler, Güney Dakota'daki Homestake madenine yeraltında bir nötrino ışını çekmeyi umuyorlar.(BNL)

Minnesota'daki MINOS nötrino dedektörü, Illinois'den çekilen nötrino ışınlarının hedefidir.(Fermilab Görsel Medya Hizmetleri)

Nötrino'nun kütlesini ölçecek olan KATRIN spektrometresi, bir laboratuvara giderken Almanya'nın Leopoldshafen kentinden geçti.(Karlsruhe Teknoloji Enstitüsü)

Antarktika'daki IceCube nötrino dedektörü buza gömülü. 70'den fazla hatta bağlı 5.000 sensörle IceCube, gezegenin içinden 8.000 mil geçmiş nötrinoları arayacak.(Wisconsin-Madison Üniversitesi)

Bir dizi sensör, 8000 fit derinliğindeki bir deliğe iniyor.(Jim Haugen / Ulusal Bilim Vakfı)

robert the bruce william wallace'a ihanet etti mi


^