Neutrini: „particulele fantomă” inscrutabile îi înnebunesc pe oamenii de știință

Cumva, neutrinii au trecut de la o altă particulă aleatorie la niște monștri minusculi care necesită facilități de mai multe miliarde de dolari pentru a înțelege. Și există suficient de mult mister în jurul lor, încât ne simțim obligați să construim acele facilități, deoarece neutrinii ar putea să distrugă întreaga comunitate de fizică a particulelor.

A început destul de nevinovat. Nimeni nu a cerut sau prezis existența neutrinilor, dar ei au fost acolo în experimentele noastre timpurii cu particule. Ocazional, nucleele atomice grele se transformă spontan – și fără un motiv întemeiat –, fie cu un neutron transformându-se într-un proton, fie invers. Ca rezultat al acestui proces, cunoscut sub numele de dezintegrare beta, nucleul emite și un electron sau partenerul său de antimaterie, pozitronul.

A fost doar o mică problemă: nimic nu s-a adăugat. Electronii nu au ieșit niciodată din nucleu cu aceeași energie; a fost puțin diferit de fiecare dată. Unii fizicieni au susținut că concepțiile noastre despre conservarea energiei s-au menținut doar în medie, dar asta nu a fost atât de bine de spus cu voce tare, așa că alții au susținut că poate a existat o altă particulă, ascunsă, care a participat la transformări. Ceva, au susținut ei, a trebuit să elimine energia de la electron într-un mod aleatoriu pentru a explica acest lucru.

În cele din urmă, acea mică particule a primit un nume, neutrin, un cuvânt italian care înseamnă „mic neutru”. Oricare ar fi neutrino, nu a purtat nicio sarcină electrică și a participat doar la forța nucleară slabă, așa că am văzut neutrini doar lucrând în procesele de dezintegrare radioactivă. Dar chiar și cu multitudinea de dezintegrari cu energii mari și mici care au loc în tot Universul în fiecare secundă, natura evazivă a neutrinilor a însemnat că le putem vedea doar ocazional, rar, slab.

Dar le-am văzut (deși a durat 25 de ani) și, pentru o perioadă, ne-am putut preface că nimic nu este în neregulă. Neutrinul a fost doar o altă particulă pe care Universul nu trebuia strict să ni-o dea, dar s-a încăpățânat să ne-o dea oricum.

Și apoi am descoperit că nu există doar un neutrin, ci trei dintre ei. Din motive pe care cosmosul nu ni le-a divulgat încă, îi place să-și organizeze particulele în grupuri de trei, cunoscute sub numele de generații. Luați o particulă fundamentală drăguță, stabilă, regulată, cum ar fi un electron sau un quarc sus sau jos – acele particule reprezintă prima generație. Celelalte două generații au aceleași proprietăți (cum ar fi spinul și sarcina electrică), dar au o masă mai mare.

Pentru electron, avem fratele său de generație, muonul, care este la fel ca electronul, dar de 200 de ori mai greu și tau, care este, de asemenea, la fel ca electronul, dar de 3.500 de ori mai greu (mai greu decât un proton). Pentru quarcul down, avem frații săi, quarcurile „ciudați” și „de jos”. Și numim versiunile mai grele ale quarc-ului up „farmecul” și quarcurile „top”. De ce face Universul asta? De ce trei generații cu aceste mase? După cum am spus, cosmosul a ales să nu ne dezvăluie asta (încă).

Deci, există trei generații de neutrini, numite după tipurile de interacțiuni la care participă. Unele reacții nucleare implică doar prima generație de particule (care sunt de departe cele mai comune), cuarcii sus și jos și electroni. Aici sunt implicați electroni-neutrini. Când muonii se joacă, ies și neutrinii muoni. Și nu se vor acorda puncte pentru ghicirea numelui neutrinilor asociați cu interacțiunile particulelor tau.

Toate acestea sunt… bine. În afară de misterul arzător al existenței generațiilor de particule, în primul rând, ar fi puțin lacom ca un neutrin să participe la toate reacțiile posibile. Așa că trebuie să împartă meseria cu alte două generații. Părea ciudat, dar totul a funcționat.

Și apoi am descoperit că neutrinii aveau masă și totul a explodat.