Neutrino mungkin adalah partikel yang paling diremehkan yang dikenal umat manusia. Fisikawan, pria pintar, dan aleck yang pintar Wolfgang Pauli pertama kali mengusulkan keberadaan mereka pada tahun 1930 sebagai potongan puzzle yang hilang - reaksi nuklir tertentu lebih banyak terjadi daripada yang keluar. Pauli beralasan bahwa sesuatu yang kecil dan tidak terlihat harus dilibatkan - karenanya, neutrino, yang merupakan jenis bahasa Italia untuk "yang netral kecil".
Dalam beberapa dekade sejak proposal awal itu, kami telah mengenal dan mencintai - tetapi tidak sepenuhnya memahami - teman-teman kecil yang netral itu. Mereka memiliki sedikit massa, tetapi kami tidak yakin berapa banyak. Dan mereka dapat berubah dari satu jenis neutrino (disebut "rasa," karena mengapa tidak?) Ke yang lain, tetapi kami tidak yakin bagaimana caranya.
Setiap kali fisikawan tidak memahami sesuatu, mereka menjadi sangat bersemangat, karena, menurut definisi, jawaban atas teka-teki itu harus terletak di luar fisika yang dikenal. Jadi, misteri massa dan pencampuran neutrino dapat memberi kita petunjuk tentang misteri seperti saat-saat paling awal dari Big Bang.
Satu masalah kecil: kekecilan. Neutrino kecil dan hampir tidak pernah berbicara dengan materi normal. Triliunan demi trilyunan sedang melewati tubuh Anda saat ini. Apakah Anda memperhatikannya? Tidak, tidak. Untuk benar-benar menggali sifat-sifat neutrino, kita harus bertindak besar, dan tiga eksperimen neutrino baru akan segera tersedia untuk memberi kita pegangan dalam hal-hal. Kami harap.
Mari kita jelajahi:
BUKIT PASIR
Anda mungkin pernah mendengar kegembiraan tentang pembuatan ulang novel fiksi ilmiah klasik "Dune." Ini bukan. Sebagai gantinya, DUNE ini adalah singkatan dari "Deep Neutrino Experiment," yang terdiri dari dua bagian. Bagian satu akan berada di Fermilab, di Illinois, dan akan mencakup senapan neutrino gaya jahat-genius raksasa yang akan mempercepat proton mendekati kecepatan cahaya, menghancurkannya menjadi benda-benda dan menembakkan triliunan neutrino per detik dari ujung bisnis.
Dari sana, neutrino akan melakukan perjalanan dalam garis lurus (karena hanya itu yang mereka tahu bagaimana melakukannya) sampai mereka mencapai bagian dua, sekitar 800 mil (1.300 kilometer) jauhnya di Sanford Underground Research Facility di South Dakota. Mengapa di bawah tanah? Karena neutrino berjalan dalam garis lurus (sekali lagi, tidak ada pilihan) tetapi Bumi melengkung, sehingga detektor harus duduk sekitar 1,6 km di bawah permukaan. Dan detektor itu adalah sekitar 40.000 ton (36.000 metrik ton) argon cair.
Hyper-Kamiokande
Pendahulu dari Hyper-Kamiokande ("Hyper-K" yang akan segera jadi calon fisika) adalah Super-Kamiokande ("Super-K" dengan alasan yang sama), berlokasi di dekat Hida , Jepang. Ini adalah pengaturan yang cukup mudah untuk kedua instrumen: tangki raksasa air ultra murni yang dikelilingi oleh tabung photomultiplier, yang memperkuat sinyal cahaya yang sangat redup.
Setiap sekali dalam waktu yang sangat langka, neutrino mengenai molekul air, menyebabkan elektron atau positron (mitra antimateri elektron) bergerak lebih cepat daripada kecepatan cahaya dalam air. Ini menyebabkan kilatan cahaya kebiruan yang disebut radiasi Cherenkov, dan cahaya itu diambil oleh tabung photomultiplier. Pelajari flash, pahami neutrino.
Super-K membuat sejarah-super pada tahun 1998 ketika memberikan bukti kuat pertama bahwa neutrino mengubah rasa ketika mereka terbang, berdasarkan pengamatan neutrino yang diproduksi di kedalaman inferior inti matahari. Penemuan itu menangkap fisikawan Takaaki Kajita, Hadiah Nobel dan Super-K tepuk penuh kasih sayang pada tabung photomultiplier.
Hyper-K seperti Super-K tetapi lebih besar. Dengan kapasitas 264 juta galon (1 miliar liter) air, ia memiliki 20 kali volume pengumpulan Super-K, yang berarti berpotensi mengumpulkan 20 kali jumlah neutrino dalam waktu yang sama Super-K bisa. Hyper-K akan mencari neutrino yang dihasilkan oleh reaksi organik alami, seperti fusi dan supernova, melintasi alam semesta, dimulai sekitar tahun 2025. Siapa yang tahu? Itu mungkin memberi seseorang Hadiah Nobel juga.
PINGU
Saya tidak yakin mengapa fisikawan memilih akronim yang mereka lakukan untuk percobaan sains raksasa. Dalam hal ini, Pingu adalah nama seekor penguin animasi Eropa yang memiliki berbagai kesalahpahaman dan belajar pelajaran hidup yang penting di benua selatan. Itu juga singkatan dari "Precision IceCube Next Generation Upgrade" (PINGU).
Bagian IceCube dari akronim itu merujuk pada eksperimen neutrino terbesar dan terburuk di dunia. Berbasis di Kutub Selatan, percobaan terdiri dari rangkaian detektor yang tenggelam jauh ke dalam lapisan es kutub yang akan menggunakan kejernihan kristal es itu untuk melakukan hal yang sama seperti yang dilakukan Super- dan Hyper-K di Jepang: mendeteksi radiasi Cherenkov diproduksi oleh neutrino berembun melalui es. Eksperimen baru benar-benar berjalan beberapa tahun yang lalu, tetapi sudah para ilmuwan yang menjalankannya gatal untuk upgrade.
Inilah sebabnya. IceCube mungkin besar, tetapi itu tidak berarti itu yang terbaik dalam semua hal. Ia memiliki titik buta: Karena ukurannya yang sangat besar (seluruh kilometer kubik es), ia kesulitan melihat neutrino berenergi rendah; mereka tidak membuat pop dan fizzle yang cukup untuk dilihat oleh detektor IceCube.
Masuk ke PINGU: sekelompok detektor tambahan, tersusun di dekat pusat IceCube, yang dirancang khusus untuk menangkap neutrino berenergi lebih rendah yang menyerang Bumi.
Ketika (semoga) online, PINGU akan bergabung dengan pasukan instrumen dan detektor di seluruh dunia yang mencoba untuk menangkap sebanyak mungkin dari hal-hal kecil yang hampir tidak ada ini dan membuka rahasia mereka.
