Neutrinii sunt particule subatomice evazive create într-o mare varietate de procese nucleare. Numele lor, care înseamnă „puțin neutru”, se referă la faptul că nu poartă nicio sarcină electrică. Dintre cele patru forțe fundamentale din univers, neutrinii interacționează doar cu două - gravitația și forța slabă, care este responsabilă de degradarea radioactivă a atomilor. Neavând aproape nicio masă, se glisează prin cosmos la aproape viteza luminii.
Nenumărate neutrine au apărut fracțiuni de secundă după Big Bang. Și noi neutrinuri sunt create tot timpul: în inimile nucleare ale stelelor, în acceleratoarele de particule și reactoarele atomice de pe Pământ, în timpul prăbușirii explozive a supernovelor și când elementele radioactive se descompun. Aceasta înseamnă că, în medie, există 1 miliard de ori mai mulți neutrini decât protonii din univers, potrivit fizicianului Karsten Heeger de la Universitatea Yale din New Haven, Connecticut.
În ciuda ubicuității lor, neutrinii rămân în mare parte un mister pentru fizicieni, deoarece particulele sunt atât de greu de prins. Neutrinii curg prin cea mai mare parte a materiei ca și cum ar fi raze de lumină care trec printr-o fereastră transparentă, interacționând aproape cu toate celelalte existente. Aproximativ 100 de miliarde de neutrini trec prin fiecare centimetru pătrat al corpului tău în acest moment, deși nu vei simți nimic.
Descoperirea particulelor invizibile
Neutrinii au fost mai întâi pozitați ca răspuns la o enigmă științifică. La sfârșitul secolului al XIX-lea, cercetătorii se confruntau cu un fenomen cunoscut sub numele de beta-descompunere, în care nucleul din interiorul unui atom emite spontan un electron. Beta degradare părea să încalce două legi fizice fundamentale: conservarea energiei și conservarea impulsului. În degradare beta, configurația finală a particulelor părea să aibă o energie puțin prea mică, iar protonul rămase nemișcat în loc să fie bătut în direcția opusă a electronului. Abia în 1930 fizicianul Wolfgang Pauli a propus ideea că o particulă în plus ar putea să zboare din nucleu, ducând cu ea energia și impulsul lipsă.
"Am făcut un lucru îngrozitor. Am postulat o particulă care nu poate fi detectată", a spus Pauli unui prieten, referindu-se la faptul că neutrino-ul său ipotezat era atât de fantomatic încât abia ar interacționa cu nimic și nu ar avea prea multă masă. .
Peste un sfert de secol mai târziu, fizicienii Clyde Cowan și Frederick Reines au construit un detector de neutrino și l-au plasat în afara reactorului nuclear de la centrala atomică a râului Savannah din Carolina de Sud. Experimentul lor a reușit să înfunde câteva dintre sutele de trilioane de neutrini care zburau din reactor, iar Cowan și Reines au trimis cu mândrie lui Pauli o telegramă pentru a-l informa despre confirmarea lor. Reines va continua să câștige Premiul Nobel pentru fizică în 1995 - moment în care Cowan murise.
Dar de atunci, neutrinii au sfidat continuu așteptările oamenilor de știință.
Soarele produce un număr colosal de neutrini care bombardează Pământul. La jumătatea secolului XX, cercetătorii au construit detectoare pentru a căuta acești neutrini, dar experimentele lor au continuat să arate o discrepanță, depistând doar o treime din neutrinii prevăzuți. Fie ceva nu era în regulă cu modelele de soare ale astronomilor, fie se întâmpla ceva ciudat.
Fizicienii și-au dat seama în cele din urmă că probabil neutrinii vin în trei arome sau tipuri diferite. Neutrinoa obișnuită se numește neutrino electron, dar există și alte două arome: un neutrino muon și un neutrino tau. Pe măsură ce trec distanța dintre soare și planeta noastră, neutrinii oscilează între aceste trei tipuri, motiv pentru care acele experimente timpurii - care au fost concepute doar pentru a căuta o aromă - au lipsit două treimi din numărul lor total.
Dar numai particulele care au masă pot suferi această oscilație, contrazicând ideile anterioare conform cărora neutrinii erau fără masă. Deși oamenii de știință încă nu știu masele exacte ale celor trei neutrini, experimentele au stabilit că cea mai grea dintre ele trebuie să fie de cel puțin 0.0000059 ori mai mică decât masa electronului.
Noi reguli pentru neutrini?
În 2011, cercetătorii din cadrul Proiectului de oscilare cu experimentul „Emulsion-tRacking Apparating” (OPERA) din Italia au provocat o senzație la nivel mondial anunțând că au detectat neutrini care călătoresc mai rapid decât viteza luminii - o întreprindere presupus imposibilă. Deși raportate pe larg în mass-media, rezultatele au fost întâmpinate cu mult scepticism din partea comunității științifice. Mai puțin de un an mai târziu, fizicienii și-au dat seama că cablarea defectuoasă a imitat o constatare mai rapidă decât lumina și neutrinii au revenit pe tărâmul particulelor care respectă legea cosmică.
Însă oamenii de știință încă mai au multe de învățat despre neutrini. Recent, cercetătorii de la Experiența Neutrino Mini Booster (MiniBooNE) de la Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) din apropierea Chicago au furnizat dovezi convingătoare că au detectat un nou tip de neutrino, numit neutrino steril. O astfel de constatare coroborează o anomalie anterioară văzută la detectorul de neutroni de scintillator de lichide (LSND), un experiment efectuat la Laboratorul Național Los Alamos din New Mexico. Neutrinii sterili ar spori toată fizica cunoscută, deoarece nu se încadrează în ceea ce se numește Modelul Standard, un cadru care explică aproape toate particulele și forțele cunoscute, cu excepția gravitației.
Dacă noile rezultate ale MiniBooNE ar menține, „Asta ar fi uriaș; asta este dincolo de modelul standard; asta ar necesita noi particule ... și un cadru analitic cu totul nou”, a declarat pentru Live Science fizicianul de particule Kate Scholberg de la Universitatea Duke.
