A világ legobbóbb részecskéi: a neutrínók és a JUNO

Képzeld el, hogy van egy detektor, nagyjából akkora, mint egy kisebb épület. föld alatt, Kína déli részén. Belül 20 ezer tonna speciális folyadék, ami megvilágítja magát, amikor bizonyos részecskék áthaladnak rajta. Olyan érzékeny, hogy még azokat a részecskéket is képes érzékelni, amelyek gyakorlatilag semmivel sem lépnek kölcsönhatásba az univerzumban.

Ez a neutrínó. És hát, őszintén szólva, az egyik legfurcsább dolog a fizikában.

Mi a fenét NEUTRI-NÓ?

Lépésekre bontom. A neutrínó egy elemi részecske, tehát azok közül való, amiből minden felépül. De míg a protonok, neutronok vagy elektronok viszonylag jól viselkednek, a neutrínók egészen vad dolgokat csinálnak.

Először is: nincs elektromos töltésük. Másodszor: elképesztően könnyűek – igazából még mindig nem értjük pontosan, mennyire, mert a tömegük valami olyan mechanizmusból származhat, amit még nem fedeztünk fel. És itt jön a lényeg: szinte semmivel sem lépnek kölcsönhatásba. Semmivel.

Gondolj bele: most, ahogy ezt olvasod, trilliószám áramlanak át a testeden a Napból származó neutrínók. A falakon keresztül. Az egész Földön. És egyetlen atommal sem ütköznek.

Olyan, mintha szellemet próbálnál fogni egy pillangóhálóval.

A nyomozás

Itt jön képbe a JUNO. A Jiangmen Underground Neutrino Observatory nemrég publikálta első jelentős eredményeit, és azok tényleg figyelemre méltóak.

Mindössze 59 napnyi adat felhasználásával a JUNO nemzetközi csapata a valaha mért legpontosabb méréseket végezte el két alapvető neutrínótulajdonságról. Mennyire pontosak? A mérési bizonytalanságot 1,6-szorosára csökkentették több évtizednyi korábbi kísérletekhez képest.

Ez olyan, mintha korábban 10 éves hibahatárral tudtad volna megbecsülni valaki életkorát, most meg már 6 éves pontossággal menne – csak itt a "valaki" egy szubatomi részecske, ami szinte nem is létezik.

Miért fontos a tömegsorrend?

Itt válik igazán érdekessé a történet. A JUNO egyik fő célkitűzése a "neutrínó-tömegsorrend" meghatározása.

A tudósok tudják, hogy három típusú (szaknyelven: ízű) neutrínó létezik. Amit viszont nem tudnak: melyik a legnehezebb és melyik a legkönnyebb. Olyan ez, mintha három ismeretlen doboz lenne előtted, de nem tudnád kinyitni őket.

Miért számít ez? A neutrínók tömegének megértése segíthet megválaszolni az univerzum legnagyobb kérdéseit – szó szerint. Összefügg azzal, hogy miért az anyag győzött az antianyaggal szemben a korai univerzumban. Ez pedig részben az oka annak, hogy egyáltalán létezünk.

A Nature magazin is lelkes volt. A JUNO első eredményeit így jellemezték: "ez jelöli a precíz neutrínó-oszcillációs mérések új korszakának hajnalát".

Arthur McDonald Nobel-díjas fizikus, aki a napneutrínó-oszcilláció felfedezéséért kapott díjat, így nyilatkozott: "A JUNO teljesítette tervezési céljait, kivételes radioaktivtiság-mentességet, energiafelbontást és detektor-stabilitást ért el."

Nem semmi dicséret valakitől, aki ért a neutrínókhoz.

Hogy néz ki ez az egész?

Képzeld el a JUNO detektorát a fejben. A közepén egy hatalmas akrilszféra van, nagyjából 35 méter átmérőjű, tele azzal a speciális folyadékkal. Ez a gömb egy 44 méter mély vízmedencében úszik. Az egészet egy hatalmas rozsdamentes acélszerkezet veszi körül.

Ja, és 700 méterrel a föld alatt van. Van oka ennek. A fölötte lévő szikla megvédi a detektort más részecskéktől, amelyek zavarnák a méréseket. Végül is a világ legbújócskásabb részecskéit keressük.

A gömböt 45 ezer fotonsokszorozó cső borítja – ezek fogják el a tiny fénylökéseket és elektromos jellé alakítják őket. Amikor egy neutrínó ritkán úgy dönt, mégis kölcsönhatásba lép a folyadékkal, egy pici fénypöttyöt produkál. Ezeket a csövek érzékelik, és a tudósok elemzik őket.

Olyan ez, mintha egy hatalmas kamerát építenél, hogy lefotózz valamit, ami nem akar lefotózódni.

Miért kellene neked ez?

Tudom, mit gondolsz: "Szép tudomány, de miért érdekeljen egy részecske, amiről még csak nem is hallottam?"

A lényeg az, hogy a neutrínók mindenhol ott vannak. A nukleáris reakciókban keletkeznek (mint a Napunkban), szupernovákban, a Föld belsejében, sőt, még a saját testünkben is, a káliumból. Információkat hordoznak az univerzum legvadabb és legmisztikusabb eseményeiről.

A neutrínók megértése segít megérteni az alapvető szabályokat, amelyek mindent irányítanak. És őszintén? Van valami gyönyörű abban, hogy az emberiség egy hatalmas detektort épít a föld alá, csak hogy pillantásokat kapjon ezekről a szellemrészecskékről.

Ez a kíváncsiság a legjavából.

Mi következik?

A JUNO kilenc hónapja zökkenőmentesen működik, és a kutatók nyártól várnak újabb eredményeket. A következő években a kísérlet elegendő adatot gyűjt majd ahhoz, hogy végre meghatározzák a neutrínó-tömegsorrendet.

Ha ez megtörténik, az a részecskefizika egyik legnagyobb felfedezése lesz az elmúlt évtizedekben.

Szóval figyeld a JUNO-t. Lehet, hogy ezek a csendes részecskék a sötétben sok mindent el fognak mondani nekünk.