Τα νετρίνα κυκλοφορούν παντού στο σύμπαν. Κάθε δευτερόλεπτο, περισσότερα από 6 τρισεκατομμύρια νετρίνα διασχίζουν το φλιτζάνι του καφέ σας. Τα περισσότερα από αυτά προέρχονται από τον ήλιο, αλλά περίπου 30.000 παρήχθησαν στα πρώτα λεπτά της Μεγάλης Έκρηξης και είναι τόσο ‘παλιά’ όσο το ίδιο το σύμπαν.
διαβάστε σχετικά: Ο Ήλιος και η μπανάνα ως πηγές νετρίνων
Το μόνο σωματίδιο που ξεπερνά σε αφθονία το νετρίνο είναι τα φωτόνια, τα σωματίδια του φωτός. Όμως, σε αντίθεση με το φως, τα νετρίνα είναι σχεδόν εντελώς αόρατα όχι μόνο στα μάτια μας, αλλά ακόμη και στους πιο ευαίσθητους ανιχνευτές σωματιδίων. Τα νετρίνα δύσκολα σταματάνε. Για να σταματήσετε ένα νετρίνο που παράγεται στον ήλιο, χρειάζεστε μόλυβδο με πάχος όσο ένα έτος φωτός! Διασχίζουν πολύ εύκολα ολόκληρο τον πλανήτη μας και συνεχίζουν την κίνησή τους ευθύγραμμα.
Παρόλο που είναι σχεδόν αδύνατο να σταματήσει ένα νετρίνο, η τεράστια αφθονία τους σημαίνει ότι μερικά από αυτά κάθε χρόνο καταγράφονται από έναν ειδικά σχεδιασμένο ανιχνευτή νετρίνων.
Οι φυσικοί θέλουν να μελετήσουν τα νετρίνα διότι μεταφέρουν πληροφορίες σχετικά με τον κύκλο ζωής των άστρων, και επιπλέον θα μπορούσαν να εξηγήσουν το γιατί η ύλη νίκησε την αντιύλη στο αρχέγονο σύμπαν. Όμως τα νετρίνα εξακολουθούν να είναι ‘απόμακρα’, που σημαίνει ότι υπάρχουν ακόμα πολλά να μάθουμε γι’ αυτά.
Γιατί λοιπόν ένα σχεδόν πανταχού παρόν σωματίδιο είναι τόσο αντικοινωνικό;
Πρώτον, τα νετρίνα έχουν την μικρότερη μάζα σε σύγκριση με κάθε άλλο γνωστό στοιχειώδες σωματίδιο (που διαθέτει μάζα ηρεμίας). Αν όλα τα άλλα σωματίδια ήταν ουρανοξύστες, τότε τα νετρίνα θα είχαν την μάζα των μυρμηγκιών ή κι ακόμη και μικρότερη.
Επειδή οι μάζες τους είναι τόσο μικροσκοπικές, είναι απίστευτα σταθερά και δεν διασπώνται αυθόρμητα σε άλλα ανιχνεύσιμα σωματίδια. Τα νετρίνα συμπεριφέρονται παρόμοια με τα φωτόνια, των οποίων η μάζα ηρεμίας ισούται με μηδέν και ταξιδεύουν με την ταχύτητα του φωτός
Τα νετρίνα έχουν μικρή πιθανότητα να αλληλεπιδράσουν με τα υλικά που διαπερνούν. Αλλά ακόμα κι αν τα νετρίνα μπορούσαν να επιβραδύνουν και να αλληλεπιδράσουν με άλλα σωματίδια, θα υπήρχε ένα πολύ μεγαλύτερο πρόβλημα: αλληλεπιδρούν με άλλα σωματίδια μόνο διαμέσου της ασθενούς δύναμης.
Η ασθενής δύναμη είναι αυτή που επιτρέπει στα κουάρκ – τα εσωτερικά συστατικά πρωτονίων και νετρονίων – να ανταλλάξουν τις ταυτότητές τους. Αν ένα πάνω (up) κουάρκ μέσα σε πρωτόνιο εκτοξεύσει ένα μποζόνιο W, τo θεμελιώδες σωματίδιο που μεταφέρει την ασθενή δύναμη, το πάνω κουάρκ θα μετατραπεί σε κάτω (down) κουάρκ, εκπέμποντας ένα ηλεκτρόνιο και ένα νετρίνο ως υποπροϊόντα. Έτσι μετασχηματίζεται το πρωτόνιο σε νετρόνιο και αυτός είναι ο τρόπος με τον οποίο στο εσωτερικό των άστρων παράγονται βαρύτερα στοιχεία όπως ήλιο, άνθρακας και οξυγόνο, ξεκινώντας μόνο από το υδρογόνο.
Τα κουάρκ και τα ηλεκτρόνια που εμπλέκονται στην αστρική σύντηξη αλληλεπιδρούν επίσης μεταξύ τους μέσω άλλων δυνάμεων (όπως η ηλεκτρομαγνητική δύναμη, η οποία επιτρέπει στον ήλιο να λάμπει). Όχι όμως τα νετρίνα. Τα νετρίνα είναι τα μόνα σωματίδια που αλληλεπιδρούν αποκλειστικά μέσω της ασθενούς δύναμης. Αυτό σημαίνει ότι έχουν πολύ μικρή πιθανότητα να αλληλεπιδράσεουν.
Το πρόβλημα έγκειται στο μποζόνιο W. Τα μποζόνια W έχουν αρκετά μεγάλη μάζα: περίπου 80 φορές μεγαλύτερη από ένα πρωτόνιο. Λόγω της μάζας τους, οι αλληλεπιδράσεις που περιλαμβάνουν τα μποζόνια W συνήθως συμβαίνουν στην ακτίνα ενός μοναδικού πρωτονίου ή νετρονίου. Τα μποζόνια W απαιτούν επίσης πολλή ενέργεια για να παραχθούν, και έτσι οι διεργασίες που περιλαμβάνουν μποζόνια W περιορίζονται συχνά στο κέντρο του ήλιου (πυρηνική σύντηξη) ή στο εσωτερικό ενός ασταθούς ατομικού πυρήνα (πυρηνική διάσπαση). Αυτό είναι καλό για εμάς, γιατί σημαίνει ότι τα άτομα που αποτελούν τα κύτταρά μας είναι εξαιρετικά απίθανο να μεταστοιχειωθούν. Αλλά δεν είναι καλά νέα για τους επιστήμονες που θέλουν να μελετήσουν τα νετρίνα.
Για να αλληλεπιδράσει το νετρίνο με κάποιο άλλο σωματίδιο, χρειάζεται ουσιαστικά να εκτελέσει την διαδικασία της πυρηνικής σύντηξης ή της πυρηνικής διάσπασης αντιστρόφως. Αυτό είναι πιο εύκολο να ειπωθεί παρά να πραγματοποιηθεί.
Πρώτον, ένα νετρίνο στην πραγματικότητα πρέπει να εισέλθει σε έναν ατομικό πυρήνα για να αλληλεπιδράσει με τα κουάρκ. Αλλά τα άτομα είναι ως επί το πλείστον κενός χώρος και ο πυρήνας είναι απλώς μια μικροσκοπική κουκίδα στο κέντρο. Ένα νετρίνο που σκοντάφτει πάνω σε έναν ατομικό πυρήνα είναι σαν ένα άτομο που βρίσκει ένα χαμένο σκουλαρίκι σε μουσικό φεστιβάλ στο μέγεθος του Γούντστοκ.
Ακόμη και στη σπάνια περίπτωση που ένα νετρίνο συναντήσει έναν ατομικό πυρήνα, μπορεί να μην έχει καν αρκετή ενέργεια για να δημιουργήσει και να ανταλλάξει ένα μποζόνιο W. Απλώς θα συνέχιζε το μακρύ και μοναχικό του ταξίδι διαμέσου της Γης, στο ηλιακό σύστημα και στο έρεβος του διαστρικού χώρου.
Αυτοί οι περιορισμοί – το μικροσκοπικό μέγεθος του νετρίνου και η «χονδρότητα» του μποζονίου W – σημαίνουν ότι τα νετρίνα σπάνια αλληλεπιδρούν. Όμως, δεν έχουν χαθεί όλα. Ακόμη και με αυτούς τους περιορισμούς, οι επιστήμονες μπορούν να βρουν (και να μελετήσουν) τα νετρίνα κατασκευάζοντας τεράστιους ανιχνευτές νετρίνων και δημιουργώντας ισχυρές και υψηλής ενέργειας δέσμες νετρίνων – όσο πιο μεγάλη ενέρργεια έχει το νετρίνο, τόσο πιο πιθανό είναι να παράξει και να ανταλλάξει ένα μποζόνιο W με έναν ατομικό πυρήνα.
Οι φυσικοί αναπτύσσουν επίσης νέες τεχνολογίες που αυξάνουν την ευαισθησία των ανιχνευτών νετρίνων, ώστε όταν συλλάβουν ένα νετρίνο, να μπορούν να ξεκλειδώσουν όλα τα μυστικά που κρύβει για τον σχηματισμό και την εξέλιξη του σύμπαντος.
διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες: Sarah Charley, «Why do neutrinos rarely interact?» – https://www.symmetrymagazine.org/article/why-do-neutrinos-rarely-interact?language_content_entity=und
Κατηγορίες:ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ, ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ
physicsgg 
Σχολιάστε