Самые странные частицы во Вселенной

Aug 28, 2023

Нейтрино причудливы и вездесущи и могут просто нарушать правила физики.

Они маленькие, почти незаметные, и прямо сейчас через вас проходят 500 триллионов штук. Нейтрино — одно из самых многочисленных и загадочных творений природы. Научный писатель Джеймс Риордон недавно решил перечислить то, что известно и неизвестно о нейтрино, и обнаружил, что вторая колонка длиннее. «Для меня самое интересное то, что мы на удивление мало знаем о них», — говорит он. «Они определенно здесь и определенно загадочны. Ответы на эти вопросы заключаются в захватывающей науке».

В новой книге «Частица-призрак: в поисках неуловимого и загадочного нейтрино» (MIT Press, 2023) Риордон и его соавтор, физик Алан Чодос, документируют, как впервые были предложены и открыты удивительные частицы и что ученые выяснили таким образом. далеко — плюс все, что они надеются в конечном итоге понять. Из-за своих многочисленных странностей нейтрино кажутся многообещающими проводниками для ответа на некоторые из наших самых важных вопросов: почему Вселенная состоит из материи, а не из антиматерии? Что такое темная материя? И может ли что-нибудь двигаться быстрее света?

Журнал Scientific American поговорил с Риордоном о том, почему эти причудливые кусочки природы так круты и как история его семьи вписывается в историю нейтрино.

[Отредактированная стенограмма интервью следует.]

Итак, у вас действительно есть личная связь с нейтрино. Что это такое?

Я внук одного из первооткрывателей нейтрино, Клайда Коуэна-младшего. Но он скончался, когда мне было девять лет. В моей семье всегда существовала мифология о нем, но было не совсем понятно, что он сделал. Я не понимал этого, пока не пошел изучать физику в колледже. Мой интерес усилился, когда я стал научным писателем и начал видеть эти интересные результаты по нейтрино.

Я говорил с MIT Press о написании книги, и они были заинтересованы, но они хотели убедиться, что со мной пишет эксперт в этой области. Я подумал об Алане Чодосе, теоретике, мыслящем нестандартно. Он написал несколько интересных предположений о нейтрино, которые находятся на грани.

Какой из множества вопросов, которые задают нейтрино, интересует вас больше всего?

Моя любимая загадка — определение того, является ли это собственной античастицей или нет. На мой взгляд, это самый большой и драматичный вопрос о нейтрино. Это затрагивает действительно важный вопрос происхождения Вселенной.

Если нейтрино действительно окажется собственной античастицей, это может позволить нам понять, почему Вселенная состоит в основном из материи, а не из антиматерии. Мы знаем, что когда Вселенная впервые возникла, в ней должен был быть идеальный баланс материи и антиматерии. Не осталось бы никакой материи, если бы вся материя и антиматерия во Вселенной просто аннигилировали. Значит, где-то должен был возникнуть дисбаланс, и нейтрино могли быть ключом к разгадке источника этого дисбаланса.

Вы пишете: «Сама идея нейтрино была ужасной вещью, по словам первого человека, который ее вообразил». Вольфганг Паули предложил нейтрино в 1930 году, чтобы объяснить, почему при определенном типе распада частиц не хватает энергии и импульса. Почему решение с нейтрино было таким ужасным?

Это было почти похоже на ловкость рук. У них была проблема с бета-распадом, этой ядерной реакцией, в которой, казалось, чего-то не хватало. Итак, сидеть и говорить: «Чего не хватает? Давайте просто соскоблим все те вещи, которых не хватает, и соединим их в новую частицу», чтобы ответить на вопрос, это похоже на «просто так историю» — например: «Как Леопард получил пятна? Ну, какой-то древний бог облил его грязью. Конечно, это ответ. Но вы не можете это проверить. Это решает вашу проблему, но это неудовлетворительно.

Паули предположил, что не сможет проверить ответ, поскольку он и другие физики считали, что нейтрино невозможно обнаружить. Тем не менее, мы теперь видели три разных их типа. И есть ли шанс, что их будет еще больше?