Setiap detik setiap hari, Anda dibombardir oleh triliunan partikel subatom, triliunan dari kedalaman ruang. Mereka menerobos Anda dengan kekuatan badai kosmik, meledak di hampir kecepatan cahaya. Mereka datang dari seluruh langit, setiap saat, siang dan malam. Mereka menembus medan magnet Bumi dan atmosfer pelindung kita seperti mentega yang sangat banyak.
Namun, rambut di bagian atas kepala Anda bahkan tidak kusut.
Apa yang sedang terjadi?
Sedikit netral
Peluru kecil ini disebut neutrino, istilah yang diciptakan pada tahun 1934 oleh fisikawan brilian Enrico Fermi. Samar-samar kata itu dalam bahasa Italia berarti "si kecil netral," dan keberadaan mereka dihipotesiskan untuk menjelaskan reaksi nuklir yang sangat aneh.
Terkadang elemen terasa sedikit ... tidak stabil. Dan jika mereka dibiarkan terlalu lama, mereka berantakan dan mengubah diri mereka menjadi sesuatu yang lain, sesuatu yang sedikit lebih ringan di tabel periodik. Selain itu, sedikit elektron akan muncul. Tetapi pada tahun 1920-an, pengamatan yang cermat dan terperinci atas peluruhan itu menemukan perbedaan kecil yang tidak jelas. Energi total pada awal proses itu sedikit lebih besar daripada energi yang keluar. Matematika tidak bertambah. Aneh.
Jadi, beberapa fisikawan membuat partikel baru dari seluruh kain. Sesuatu untuk menghilangkan energi yang hilang. Sesuatu yang kecil, sesuatu yang ringan, sesuatu tanpa muatan. Sesuatu yang bisa lolos dari detektornya tanpa disadari.
Sedikit, netral. Sebuah neutrino.
Butuh beberapa dekade lagi untuk memastikan keberadaan mereka - begitulah licin dan cerdiknya mereka. Tetapi pada tahun 1956, neutrino bergabung dengan keluarga partikel yang dikenal, diukur, dan dikonfirmasi.
Dan kemudian semuanya menjadi aneh.
Rasa favorit
Masalah mulai muncul dengan penemuan muon, yang kebetulan terjadi pada waktu yang sama ketika ide neutrino mulai berkembang: tahun 1930-an. Muon hampir persis seperti elektron. Biaya yang sama. Putaran yang sama. Tetapi berbeda dalam satu hal yang krusial: Lebih berat, lebih dari 200 kali lebih besar dari saudara kandungnya, elektron.
Muon berpartisipasi dalam jenis reaksi mereka sendiri, tetapi tidak cenderung bertahan lama. Karena curah mereka yang mengesankan, mereka sangat tidak stabil dan cepat membusuk menjadi hujan bit yang lebih kecil ("cepat" di sini berarti dalam satu atau dua mikrodetik).
Itu semua baik dan bagus, jadi mengapa muon masuk ke dalam cerita neutrino?
Fisikawan memperhatikan bahwa reaksi pembusukan yang mengisyaratkan keberadaan neutrino selalu memiliki sembulan elektron, dan tidak pernah sebuah muon. Dalam reaksi lain, muon akan muncul, dan bukan elektron. Untuk menjelaskan temuan ini, mereka beralasan bahwa neutrino selalu cocok dengan elektron dalam reaksi peluruhan ini (dan bukan jenis neutrino lainnya), sementara elektron, muon harus berpasangan dengan jenis neutrino yang belum ditemukan ... Bagaimanapun juga, elektron neutrino yang ramah tidak akan bisa menjelaskan pengamatan dari peristiwa muon.
Dan perburuan berlanjut. Dan terus. Dan terus. Baru pada tahun 1962 fisikawan akhirnya mendapatkan kunci pada jenis neutrino kedua. Awalnya dijuluki "neutretto," tetapi kepala yang lebih rasional menang dengan skema menyebutnya muon-neutrino, karena selalu berpasangan dengan reaksi dengan muon.
Jalan Tao
Oke, jadi dua neutrino dikonfirmasi. Apakah alam punya lebih banyak untuk kita? Pada tahun 1975, para peneliti di Stanford Linear Accelerator Center dengan berani menyaring gunung-gunung data yang monoton untuk mengungkapkan keberadaan saudara kandung yang lebih berat ke elektron yang gesit dan muon yang kuat: tul raksasa, memutar dengan kecepatan 3.500 kali massa elektron . Itu partikel besar!
Jadi segera pertanyaannya menjadi: Jika ada keluarga tiga partikel, elektron, muon dan tau ... mungkinkah ada neutrino ketiga, yang berpasangan dengan makhluk yang baru ditemukan ini?
Mungkin tidak. Mungkin hanya ada dua neutrino. Mungkin ada empat. Mungkin 17. Alam belum benar-benar memenuhi harapan kita sebelumnya, jadi tidak ada alasan untuk memulai sekarang.
Melewati banyak detail mengerikan, selama beberapa dekade, fisikawan meyakinkan diri mereka menggunakan berbagai eksperimen dan pengamatan bahwa neutrino ketiga seharusnya ada. Tetapi baru pada akhir milenium, pada tahun 2000, eksperimen yang dirancang khusus di Fermilab (disebut dengan humor eksperimen DONUT, untuk Pengamatan Langsung NU Tau, dan tidak, saya tidak mengada-ada) akhirnya berhasil penampakan cukup dikonfirmasi untuk mengklaim deteksi.
Mengejar hantu
Jadi, mengapa kita begitu peduli dengan neutrino? Mengapa kita mengejar mereka selama lebih dari 70 tahun, dari sebelum Perang Dunia II hingga era modern? Mengapa generasi ilmuwan begitu terpesona oleh yang kecil dan netral ini?
Alasannya adalah bahwa neutrino terus hidup di luar harapan kita. Untuk waktu yang lama, kami bahkan tidak yakin mereka ada. Untuk waktu yang lama, kami yakin mereka benar-benar tanpa massa, sampai eksperimen yang mengganggu menemukan bahwa mereka pasti memiliki massa. Tepatnya "seberapa banyak" tetap menjadi masalah modern. Dan neutrino memiliki kebiasaan yang mengganggu dalam mengubah karakter saat mereka bepergian. Itu benar, saat neutrino bergerak dalam penerbangan, ia dapat mengganti topeng di antara tiga rasa.
Bahkan mungkin masih ada neutrino tambahan di luar sana yang tidak mengambil bagian dalam interaksi biasa - sesuatu yang dikenal sebagai neutrino steril, yang oleh para fisikawan diburu-buru.
Dengan kata lain, neutrino terus menantang segala yang kita ketahui tentang fisika. Dan jika ada satu hal yang kita butuhkan, baik di masa lalu dan di masa depan, itu adalah tantangan yang baik.
Paul M. Sutter adalah seorang astrofisikawan di Universitas Negeri Ohio, tuan rumah dari Tanya seorang angkasawan dan Radio luar angkasa, dan penulis Tempat Anda di Alam Semesta.
