Posted by ნეიტრინოები, ალბათ, ყველაზე იდუმალი და ეგზოტიკური ნაწილაკებია ჩვენს სამყაროში. კოსმოლოგიაში, ისინი მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ ყველაზე მასშტაბური სტრუქტურების ფორმირებაში, ხოლო ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკაში, ნეიტრინოების უკიდურესად მცირე, მაგრამ არა-ნულოვანი მასა, ახალი კანონებისა და მოვლენებისკენ შეიძლება მიუთითებდეს, რომლებიც არსებული თეორიების ფარგლებს სცილდება. მაგრამ, ნეიტრინოს მასის მნიშვნელობის ზუსტი გაზომვის გარეშე, ყველა არსებული თეორია, რომელიც სამყაროს შესახებ ჩვენს წარმოდგენებს განსაზღვრავს, არასრული რჩება…
ნეიტრინოთი და მის გარეშე
XIX საუკუნის დასასრულს, ატომის ბირთვის ბეტა-რადიოაქტიურობა იქნა აღმოჩენილი (გაიხსენეთ ჩვეულებრივი α, β, γ დაშლა. β აქ, ელექტრონია), რომელიც ატომის ბირთვის მუხტს ერთი ერთეულით ცვლიდა, მასა კი პრაქტიკულად უცვლელი რჩებოდა. ბუნებრივი იზოტოპებისთვის მხოლოდ ელექტრონული ბეტა-დაშლაა დამახასიათებელი (ხელოვნურებისთვის, პოზიტრონულიც (ელექტრონის ანტინაწილაკი)). 1935 წელს, მომავალში ნობელის პრემიის ლაურეატმა, მარია ჰიოფერთ-მაიერმა თეორიულად დაამტკიცა (გენიოსობის კულტი ქალების წინააღმდეგ), რომ ბეტა-დაშლა, ორი ელექტრონისა და ორი ანტინეიტრინოს გაჩენითაც არის შესაძლებელი. მისი პროგნოზი 1987 წელს დაადასტურეს, კალიფორნიის უნივერსიტეტში, სადაც სელენი-82-ის კრიპტონად გადაქცევა იქნა აღმოჩენილი. ორმაგი ბეტა-დაშლის ასეთი ხანგრძლივი ძებნა, იმ ნუკლიდების (ნუკლონი – ერთი პროტონი და ერთი ნეიტრონი) უკიდურესი სტაბილურობით აიხსნება, რომლებზეც ეს დაშლა დაიმზირება. ყოველი მათგანის (სულ 11) ნახევრადდაშლის პერიოდი 1010, 10 20 წელია, სამყაროს ასაკზე მილიარდობითჯერ მეტი (რა არის ბეტა დაშლა? !!!).
ეტორე მაიორანა. გარდაიცვალა გაურკვეველ ვითარებაში, პალერმოდან ნეაპოლში გემით მოგზაურობისას უგზოუკვლოდ დაიკარგა (1906-1939).
ექსპერიმენტატორები, ორმაგი ბეტა-დაშლის კიდევ ერთ სახესხვაობასაც ეძებენ, რომელიც 1939 წელს, ამერიკელმა ფიზიკოს-თეორეტიკოსმა უენდელ ფარიმ იწინასწარმეტყველა. ის, იტალიელი ჯულიო რაქას თეორიას ეყრდნობოდა, ეს უკანასკნელი კი ეტორე მაიორანას ლამაზ ჰოპოთეზას (ორივე ენრიკო ფერმის მოსწავლეები იყვნენ), რომელიც თავისი თავის ანტინაწილაკი ფერმიონების (მატერიის შემადგენელი ნაწილაკები – პროტონი, ნეიტრონი, ელექტრონი…) არსებობას უშვებდა (მაიორანას ნეიტრინო В-მეზონების დაშლაში არ დაიმზირება).
მაიორანას ვარაუდით, ასეთი ნაწილაკები შეიძლება იყოს ელექტრონი და პოზიტრონი, თუმცა, რაქამ აჩვენა, რომ ამ მოდელში მხოლოდ ნეიტრინოები ეწერება. ფარიმ დაასკვნა, რომ ასეთ შემთხვევაში, ერთ-ერთი ნეიტრონი, რომელიც ბეტა-დაშლას განიცდის, ანტინეიტრინოს შთანთქავს, რომელიც სხვა ნეიტრინომ გამოასხივა. შედეგად, ორივე ნეიტრონი, პროტონებად გადაიქცევა, ბირთვის გარეთ კი მხოლოდ ერთი ელექტრონი სხივდება. ასეთ პროცესს ორმაგი უნეიტრინო ბეტა-დაშლა ეწოდება.
სამყაროს საიდუმლო
რეალური ინტერესი ფარის თეორიის მიმართ, წინა საუკუნის 80-იან წლებში გაჩნდა, როცა ფიზკოსები სტანდარტული მოდელის (სმ) ფარგლებს გარეთ გასვლაზე სერიოზულად დაფიქრდნენ. ამ თვალსაზრისით, ორმაგი უნეიტრინო ბეტა-დაშლა ბევრ საინტერესოს გვპირდება. პირველ რიგში, ის არღვევს ლეპტონური რიცხვის შენახვის კანონს, რაც სმ-ს ერთ-ერთი მთავარი კომპონენტია. ჩვეულებრივშიც და ორმაგ ბეტა-დაშლაშიც, ერთდროულად ლეპტონებიც იბადება და ანტილეპტონებიც – ელექტრონები და ანტინეიტრინოები. ელექტრონის გაჩენა, ლეპტონური რიცხვის ერთი ერთეულით შეცვლას იწვევს, ანტინეიტრინოს გაჩენა – მინიუს ერთით, ანუ ჯამი უცვლელი რჩება. ფარის ბეტა-დაშლა კი ორი ერთეულით ზრდის ლეპტონურ რიცხვს, რაც აშკარა უთანხმოებაში მოდის სმ-სთან.
ითვლება, რომ დიდი აფეთქების მერე ჩვენი სამყარო ერთნაირი რაოდენობის მატერიითა და ანტიმატერიით იყო შევსებული, მატერია დარჩა, ხოლო ანტიმატერია პრაქტიკულად სულ გაქრა (წესით ორივე უნდა გამქრალიყო ურთიერთანიჰილაციის გამო და სამყაროც ვეღარ იარსებებდა). ყველაზე პოპულარული თეორია, რომელიც ამ ასიმეტრიას ხსნის, ლეპტონური რიცხვის შენახვის კანონის დარღვევის ჰიპოთეზას ეფუძნება. ორმაგ უნეიტრინო ბეტა-დაშლას კი ჩვენი სამყაროს ერთ-ერთი მთავარი გამოცანის ამოხსნა შეუძლია. ასეთი დაშლა, თავის მხრივ, მხოლოდ მაშინ არის შესაძლებელი, თუ ნეიტრინოს არანულოვანი მასა გააჩნია. სწორედ მისი მასიურობა დაამტკიცეს წლევანდელმა (2015) ნობელიანტებმა. არტურ მაკდონალდისა (სედბერის ნეიტრინული ობსერვატორია (მსგავსი დეტექტორი – ბორექსინო)) და ტაკააკი კაჯიტას (დეტექტორი სუპერ-კამიოკანდე) ნამუშევარმა ნეიტრინოს მასიურობა აჩვენა. ხოლო არის თუ არა ნეიტრინო თავისივე თავის ანტინაწილაკი, ანუ მაიორანის ნაწილაკი, გაურკვეველი რჩება.
ნეიტრინოების ოსცილაციის ქვეშ, ერთი სორტის ნეიტრინოების (ელექტრონული ნეიტრინო, მიუონური ნეიტრინო, ტაუ-ნეიტრინო და შესაბამისი ანტინეიტრინოები), სხვა სორტის ნეიტრინოებად ურთიერთგარდაქმნა იგულისხნება. ნივთიერებაში გავლის დროს, მასში მდებარე ლეპტონები (ელექტრონი, ტაუ-ლეპტონი, ნეიტრინო), ე.წ. ეფექტური მასის ინდუცირებას უხდენს ნეიტრინოს, რომელიც ნეიტრინოს ტიპზე და ამ ნივთიერებაში ლეპტონების სიმკვრივეზეა დამოკიდებული. თუ ნეიტრინოს მასა ნულის ტოლია ან ძალიან ახლოსაა მასთან, ასეთი პროცესი არ უნდა მოხდეს.
როგორ შევისწავლოთ ორმაგი დაშლა
დაშლის დროს გამოსხივებული ნაწილაკები, საწყისი და დაშლილი ბირთვის მასის დანაკლისიდან იღებს ენერგიას (ენერგია-მატერიას ურთიერთგარდაქმნა შეუძლია E = mc2 (მოკლედ ელემენტარული ნაწილაკების შესახებ)). თუ ნეიტრინო არ არის, მაშინ მთელი ეს ენერგია ელექტრონზე მოდის. შესაბამისად, ისეთი ორმაგი ბეტა-დაშლები უნდა ვეძებოთ, რომლებშიც წყვილი ელექტრონების ჯამური ენერგია ხსენებული დანაკლისის ტოლი იქნება. ასეთი პროცესების დასაფიქსირებლად მაღალი მგრძნობელობის დეტექტორებია საჭირო, რომელთაც ორმაგი ბეტა-დაშლის დროს გამოსხივებული ელექტრონების ზუსტი ტრეკების (კვალი დეტექტორში) რეგისტრირება შეუძლია. რადიოაქტიური და სითბური ფონის გამოსარიცხად, დეტექტორებს მიწისქვეშ, მრავალფენიანი ეკრანებითა და გამაცივებლით შემოფარგლულ კონსტრუქციაში ათავსებენ. ნეიტრინო უკიდურესად სუსტად ურთიერთქმედებს მატერიასთან, წყალში მისი თავისუფალი გარბენი 100 (!!!) სინათლის წელს უტოლდება.
ნეიტრინოებთან დაკავშირებული ყველა აღმოჩენა, ნობელის პრემიის კომიტეტის ყურადღების გარეშე არ რჩება. მეოცე საუკუნის ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკის განვითარება ამ ნაწილაკთან მჭიდროდ არის დაკავშირებული, მიუხედავად ამისა, ძალიან ცოტა ვიცით მის შესახებ, მასზე უფრო ნაკლებად მხოლოდ ჰიგსის ბოზონია შესაწავლილი. 85 წლიანი კვლევის განმავლობაში, ნეიტრინოს მასის დადგენა ვერ მოხერხდა. ფიზიკოსთა აზრით, მეცნიერების შემდგომი პროგრესი, სწორედ ამ ნაწილაკის პოტენციურ თვისებათა პროგნოზირებას უკავშირდება.
2019-21: უპრეცედენტო სიზუსტით გაზომილი ნეიტრინოს მასა, ეს ნაწილაკი 0,8 ელექტრონვოლტზე მსუბუქია
ექსპერიმენტ KATRIN-მა მუშაობა 2019 წელს დაიწყო, ხოლო შემდგომი მოდერნიზება მასზე ჩატარებულ გაზომვათა სიზუსტეს სულ უფრო მაღლა სწევდა. მეცნიერ-ანალიტიკოსთა ჯგუფმა კი ტიტანური სამუშაო ჩაატარა, გამოიკვლია რა ყველაზე უმნიშვნელო ეფექტებიც, რომლებიც შეგროვებულ მონაცემებში იყო თავმოყრილი.
ნეიტრინოს მასის დასადგენი ექსპერიმენტები 2024 წლამდე გაგრძელდება. დამატებითი მონაცემები სტატისტიკურ მაჩვენებელს გაზრდის, შეამცირებს ხარვეზებისა და “ხმაურის” რაოდენობას, ანუ გაიზრდება გაზომვათა სიზუსტეც. 2025 წლიდან, როდესაც ახალი გადამწოდების (“სენსორი”) სისტემა TRISTAN-ის მონტაჟი დასრულდება, ექსპერიმენტი KATRIN-ი ე.წ. სტერილური ნეიტრინოების ძებნას დაიწყებს, რომელთა მასა ელქტრონვოლტის ფარგლებშია. ეს ნაწილაკები კი, თავის ხმრივ, ბნელი მატერიის ნაწილაკობის კანდიდატებია და მათი აღმოჩენა, კოსმოლოგიისა და ასტროფიზიკის მთელი რიგი ფუნდამენტური გამოცანების ამოხსნაში დაეხმარება მეცნიერებს (მაიორანის ნეიტრინო В-მეზონების დაშლაში არ დაიმზირება; ნეიტრინოების ზესისწრაფეში GPS დაადანაშაულეს; ობსერვატორია IceCube-მ გამა-ანთებით გაჩენილი ნეიტრინოები ვერ დააფიქსირა; ანტინეიტრინო: რითი ჯობია მატერია ანტიმატერიას; ”ფუკუსიმას” გაჩერება და გეონეიტრინოები; ახალი სტუმრები შორეთიდან: მაღალენერგიული ნეიტრინოები).