Το κυνήγι των νετρίνων

Posted: 7 Μαΐου 2005 in Επιστήμη

Οι αστροφυσικοί χτίζουν παρατηρητήρια νετρίνων στην Ανταρκτική και στη Μεσόγειο, τα οποία θα δουν τον κόσμο από νέες οπτικές γωνίες, θα ρίξουν φως στα βίαια συμβάντα στο κέντρο των γαλαξιών και σε μακρινά λαμπερά κβάζαρ.

Μία ώρα βόρεια του Ντουλούθ της Μινεσότα, ένα χιλιόμετρο κάτω από την επιφάνεια, τα σκοτεινά τούνελ του ορυχείου Σουδάν καταλήγουν σε μια κατάφωτη μεγάλη σπηλιά, ύψους 15 μέτρων, πλάτους 17 και μήκους 90 μέτρων. Καλά κρυμμένο από τις λίμνες, τα πευκοδάση και τις μικρές πόλεις της Βόρειας Μινεσότα, το ορυχείο είναι η έδρα ενός πρωτοποριακού πειράματος σωματιδιακής φυσικής, που αποτελεί μέρος μιας παγκόσμιας προσπάθειας να αποκαλυφθούν τα μυστικά των νετρίνων – των λιγότερο γνωστών και πιο κοινών στοιχειωδών σωματιδίων.

Χάρη σε ανακαλύψεις που έγιναν την τελευταία δεκαετία, γνωρίζουμε λίγα για τα νετρίνα κι αν μάθουμε περισσότερα, κάποια πράγματα στη φυσική μπορεί να αλλάξουν για τα καλά. Τα νετρίνα μπορεί να κρύβουν το κλειδί για την κατανόηση της δημιουργίας του υδρογόνου, του ηλίου και άλλων ελαφρών στοιχείων λίγα λεπτά μετά τη Μεγάλη Έκρηξη του Σύμπαντος και της έκρηξης των ετοιμοθάνατων αστέρων.

Το πείραμα στο Σουδάν θα μετρήσει την ταχύτητα με την οποία τα νετρίνα αλλάζουν (σχεδόν ως δια μαγείας) είδος, βοηθώντας τους φυσικούς να κατανοήσουν καλύτερα την ελάχιστη μάζα τους. Ένα άλλο πείραμα στο Εργαστήριο Φέρμι έξω από το Σικάγο, αναζητά ένα σωματίδιο που ονομάζεται αποστειρωμένο νετρίνο, το οποίο αλληλεπιδρά με το υπόλοιπο Σύμπαν μόνο μέσω της βαρύτητας. Οι αστροφυσικοί χτίζουν παρατηρητήρια νετρίνων στην Ανταρκτική και τη Μεσόγειο, τα οποία θα «δουν» τον κόσμο από νέες οπτικές γωνίες, θα ρίξουν φως στα βίαια συμβάντα στο κέντρο των γαλαξιών και σε μακρινά λαμπερά κβάζαρ.

Βαθιά κάτω από την επιφάνεια της γης, σε σπηλιά της Μινεσότα, βρίσκεται ο ανιχνευτής νετρίνων MINOS, που έχει αναλάβει το δύσκολο έργο να συλλάβει τα πανταχού παρόντα παιχνιδιάρικα σωματίδια. Έως πριν από 10 χρόνια το νετρίνο ήταν ο μεγάλος άγνωστος στη φυσική, αλλά σήμερα οι επιστήμονες πλησιάζουν στην αποκρυπτογράφησή τους, κάτι που μπορεί να φέρει τα πάνω – κάτω στον κόσμο των στοιχειωδών σωματιδίων. Το σωματίδιο αυτό όμως είναι άπιαστο.

Το 1987, οι αστρονόμοι μέτρησαν 19 νετρίνα από μία έκρηξη αστέρα στο Νέφος του Μαγγελάνου ­ μόλις 19, από τα αμέτρητα νετρίνα που ξεπήδησαν από τον αστέρα σουπερνόβα. H παρατήρηση επιβεβαίωσε ότι οι εκρήξεις των σουπερνόβα προκαλούνται από τις βαρυτικές καταπτώσεις των αστέρων, αλλά οι επιστήμονες δεν είχαν στην κατοχή τους αρκετά νετρίνα για να μάθουν περισσότερα. Σήμερα λειτουργούν πολύ μεγαλύτεροι ανιχνευτές, ένας στην Ιαπωνία κι ένας στον Καναδά. Αν υπήρχαν το ’87, θα είχαν αιχμαλωτίσει χιλιάδες νετρίνα.

Τα νετρίνα είναι… ακατάδεκτα. Και για να πετύχουν τα πειράματα, πρέπει να τηρούνται δύο προϋποθέσεις: Να χρησιμοποιούνται μεγάλες ποσότητες νετρίνων, τις οποίες παράγουν μαζικά πυρηνικοί αντιδραστήρες και επιταχυντές ή να υπάρχει ύλη με την οποία θα συγκρουστούν τα νετρίνα. H κατασκευή μεγάλων ανιχνευτών όμως κοστίζει πολύ, γι’ αυτό οι επιστήμονες στρέφονται σε μέρη όπου έχουν εξασφαλισμένη τη συνεργασία της φύσης.

Στην Ανταρκτική, το πρόγραμμα «Παγωμένος Κύβος» θα αποτελείται από 4.800 ανιχνευτές που θα βυθιστούν στον πάγο, μετατρέποντας ένα κυβικό χιλιόμετρο πάγου σε τηλεσκόπιο νετρίνων. Στη Μεσόγειο, 14 ευρωπαϊκά εργαστήρια συνεργάζονται για ένα παρόμοιο πείραμα, που θα μετατρέψει ένα τμήμα της Γαλλικής Ριβιέρας σε ανιχνευτή νετρίνων. Το πείραμα στο ορυχείο Σουδάν ακολουθεί διαφορετική οδό, καθώς χρησιμοποιούνται συνεχείς ομοβροντίες νετρίνων που παράγονται από επιταχυντή σωματιδίων.

Στόχος, να αιχμαλωτιστούν έστω και λίγα από τα νετρίνα που παράγονται στο Εργαστήριο Φέρμι, σε απόσταση 720 χιλιομέτρων, τα οποία «αναβλύζουν» από τον υπόγειο βράχο, ταξιδεύουν μέσα στη σπηλιά, διαπερνούν τις ατσάλινες πύλες και δραπετεύουν στο Διάστημα, χωρίς να τα παίρνει χαμπάρι κανείς. Προς το παρόν, στις δοκιμές των τελευταίων μηνών, έχουν «πιάσει» τρία ή τέσσερα νετρίνα.

Αν ζούσε σήμερα ο Γούλφκανγκ Πάουλι, θα ήταν πολύ ευτυχισμένος. Πρωτοπόρος της κβαντικής θεωρίας και κάτοχος βραβείου Νόμπελ, πίστευε ότι οι φυσικοί δεν θα μπορέσουν ποτέ να δουν ένα νετρίνο. Ήταν αυτός που πρώτος το 1930 σκέφτηκε πως ίσως υπάρχουν αυτά τα σωματίδια, εξηγώντας έτσι την εξαφάνιση της ενέργειας όταν διαλύονται τα ασταθή άτομα. Ο Πάουλι υποστήριξε ότι τη χαμένη ενέργεια απορροφά ένα αόρατο σωματίδιο. «Έχω κάνει κάτι τρομερό», έγραφε ο Πάουλι. «Έχω υποθέσει την ύπαρξη ενός σωματιδίου που δεν μπορεί να ανιχνευθεί». Κι έβαλε στοίχημα μία κάσα σαμπάνιες ότι το σωματίδιό του δεν θα το έβρισκαν ποτέ. Το 1956 ήρθε η στιγμή να το χάσει. Έστειλε σαμπάνιες στους Κλάιντ Κόουαν και Φρέντερικ Ρέινς, δύο Αμερικανούς φυσικούς που απέδειξαν ότι έκανε λάθος χάρη στη μεγάλη ποσότητα νετρίνων που διέφυγε από έναν πυρηνικό αντιδραστήρα.

Αργότερα, οι φυσικοί ανακάλυψαν ότι τα νετρίνα εμφανίζονται σε τρία είδη. Το πρώτο είναι το νετρίνο ηλεκτρονίου, που αλληλεπιδρά μόνο με ηλεκτρόνια. Τα βαρύτερα σωματίδια γνωστά ως μιούον και ταυ είναι τα δύο άλλα είδη. Το 1998, με ένα πείραμα στην Ιαπωνία αποδείχθηκε ότι τα νετρίνα αλλάζουν μορφή καθώς ταξιδεύουν. Άρα έχουν βάρος, έστω κι ελάχιστο. Πάντως οι θεωρίες των επιστημόνων για τον ρόλο των νετρίνων είναι πολλές και μερικές από αυτές αρκετά «προχωρημένες». Μπορεί να παίζουν σημαντικό ρόλο στη μυστηριώδη σκοτεινή ενέργεια που ωθεί το Σύμπαν στη διάλυσή του ή να χρησιμοποιηθούν για τη διαστρική επικοινωνία. Οι απαντήσεις βρίσκονται βαθιά στα έγκατα της γης και στον βυθό της θάλασσας.

Πηγή: Physics4u απο την The New York Times

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Google+

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Google+. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Σύνδεση με %s