Syvällä maan alla tapahtuu jotain hämmästyttävää — ja se liittyy universumin hiljaisimpiin hiukkasiin

Tarvitsen sinulta yhtä asiaa: kuvittelukykyä.

Kuvittele paikka syvällä Kiinan eteläosissa. Maan alla, melkein rakennuksen kokoisen laitteen sisällä, on 20 000 tonnia erikoista nestettä. Tämä neste välkähtää aina kun tietynlaiset hiukkaset putoavat sen läpi. Herkkyys on niin äärimmäinen, että laite pystyy havaitsemaan signaaleja hiukkasista, jotka käytännössä ohittavat kaiken muun universumissa.

Puhumme neutriinoista — ja rehellisesti sanottuna ne ovat yksi fysiikan oudoimmista ilmiöistä.

Mutta mitä neutriino oikeastaan on?

Aloitetaan perusteista. Neutriino on alkeishiukkanen, eli yksi niistä pienistä rakennuspalikoista joista kaikki koostuu. Toisin kuin protonit, neutronit tai elektronit, neutriinoilla on todella erikoisia ominaisuuksia.

Ensinnäkin niillä ei ole sähkövarausta. Toiseksi ne ovat hämmästyttävän kevyitä — emme oikeastaan ymmärrä täysin miten kevyitä, koska niiden massa saattaa tulla mekanismista jota emme ole vielä keksineet. Ja tässä tulee se yllättävä osuus: ne eivät juurikaan reagoi mihinkään.

Tarkastellaanpa tätä käytännön kautta. Tälläkin hetkellä, kun luet tätä, auringosta tulevia neutriinoja virtaa lävitsesi. Ne menevät seinien läpi. Koko maapallon läpi. Eivätkä ne töni yhtään atomia.

Se on kuin yrittäisi pyydystää haamuja perhosen avulla.

Metsästys on alkanut

Tässä kohtaa tarinaan astuu JUNO. Jiangmen Underground Neutrino Observatory eli Kiinan eteläosissa sijaitseva neutriinoilmaisin on julkaissut ensimmäiset merkittävät tuloksensa. Ja ne ovat kieltämättä vaikuttavia.

Vain 59 päivän datalla kansainvälinen tutkimusryhmä onnistui mittaamaan kaksi neutriinon perusominaisuutta tarkemmin kuin koskaan aiemmin. Kuinka tarkasti? Epävarmuudet putosivat 1,6-kertaisesti verrattuna siihen, mihin vuosikymmenien aiemmat kokeet ylsivät.

Ajattele asiaa näin: se on kuin arvaisit jonkun ikää kuuden vuoden tarkkuudella kymmenen vuoden sijaan — paitsi että "joku" on alkeishiukkanen joka käytännössä piilottelee.

Miksi massojen järjestys on niin merkittävä?

Tässä kohtaa asiat alkavat todella kiinnostaa. Yksi JUNOn päätavoitteista on selvittää niin sanottu neutriinojen massojen järjestys.

Tiedemiehet tietävät, että neutriinoja on olemassa kolme eri tyyppiä eli "makua". Se mitä he eivät tiedä, on se, mikä niistä on painavin ja mikä kevyin. Tilanne on kuin mysteerilaatikoiden kohdalla: tiedät että niitä on kolme, mutta et pysty avaamaan niitä.

Miksi tällä on väliä? Koska neutriinojen massojen ymmärtäminen voi auttaa vastaamaan suuriin kysymyksiin universumista — kirjaimellisesti. Se liittyy siihen, miksi aine voitti antimaterian alkuräjähdyksessä. Ja se on osa syy sille, miksi me ylipäätään olemassa olemassa.

Nature-lehti oli selvästi innoissaan. He kuvasivat tulosta "seuraavan aikakauden tarkan neutriinofysiikan aamunkoitoksi".

Nobel-palkittu Arthur McDonald, joka sai palkinnon auringon neutriinovärähtelyn löytämisestä, totesi näin: "JUNO on täyttänyt suunnittelutavoitteensa ja saavuttanut poikkeuksellisen radiopuhtauden, energiatarkkuuden sekä ilmaisimen vakauden."

Korkea arvosana mieheltä, joka todella tietää mistä puhuu.

Miltä se kaikki näyttää?

Haluan sinun kuvittelevan JUNOn ilmaisin mielessäsi. Sen sydämessä on valtava akryylipallo — halkaisijaltaan noin 35 metriä — täynnä sitä erikoista nestettä. Pallo on upotettu vesialtaaseen, jonka syvyys on 44 metriä. Kaikki tämä sijaitsee jättiläismäisen ruostumattoman teräsrakenteen sisällä.

Jaahas, unohdin mainita yhden yksityiskohdan: koko rakennelma on 700 metriä maan alla. Siihen on hyvä syy. Kallio yläpuolella suojaa ilmaisinta muilta hiukkasilta, jotka voisivat häiritä mittauksia. Eihän meillä ole muuta keinoa, kun jahtiin on lähtenyt universumin ujoimmat hiukkaset.

Pallon pinnassa on yli 45 000 valomonistinputkea — laitteita, jotka muuttavat pienet valonvälähdykset sähköisiksi signaaleiksi. Kun neutriino joskus harvinaisella yksilöllä onnistuu vuorovaikuttamaan nesteen kanssa, syntyy pieni kipinä. Nämä putket vangitsevat sen, ja tutkijat analysoivat sen.

Se on kuin rakentaisi massiivisen kameran kohteelle, joka ei halua tulla kuvatuksi.

Miksi sinun pitäisi välittää?

Tiedän mitä ajattelet: "Hienoa tiedettä, mutta miksi minun pitäisi piitata hiukkasesta josta en ole koskaan kuullut?"

Tässä syy: neutriinoja on kaikkialla. Niitä syntyy ydinreaktioissa kuten auringossa, supernovissa, maapallon sisällä ja jopa omassa kehossamme kaliumista. Ne kantavat tietoa universumin väkivaltaisimmista ja salaperäisimmistä tapahtumista.

Netriinojen ymmärtäminen auttaa meitä ymmärtämään sääntöjä jotka ohjaavat kaikkea. Ja rehellisesti? On jotain kaunista siinä, että ihmiskunta rakentaa jättimäisiä ilmaisimia syvälle maan alle vain tavoittaakseen nämä haamuhiukkaset.

Se on uteliaisuutta parhaimmillaan.

Mitä seuraavaksi?

JUNO on pyörinyt sujuvasti noin yhdeksän kuukautta, ja tutkijat aikovat julkaista lisää tuloksia kesästä alkaen. Tulevien vuosien aikana kokeilun pitäisi kerätä tarpeeksi dataa massojen järjestyksen selvittämiseen.

Jos se onnistuu, kyseessä on yksi suurimmista löydöksistä hiukkasfysiikassa vuosikymmeniin.

Pidä siis silmällä JUNOta. Nuo hiljaiset hiukkaset pimeydessä saattavat oikeasti haluta kertoa paljon.