Тайните на неутрино – една от най-странните частици в познатата ни вселена

Частиците неутрино вероятно са най-енигматичните в цялата вселена. Те бяха открити за първи път през 50-те години на миналия век, като продукт от радиоактивното разпадане, но също така са и резултат от процеса на ядрения синтез. Невероятни количества неутрино се образуват благодарение на процесите ставащи в кората на нашето слънце.

Наблюденията на произведените от слънцето неутрино започват през 60-те години на миналия век. Именно тогава учените се натъкват на мистерията позната под името „проблемът слънчево неутрино“.  Отговор  на този проблем беше намерен в самия край на миналия век, но той само потвърди, че неутрино са много по-странни отколкото сме си представяли.

„Проблемът слънчево неутрино“ възниква, когато учените установяват, че количеството неутрино идващо от слънцето, е едва около 1/3 от това, което теоретично те очакват. Това означава, че или нашата теория за ядрения синтез на слънцето е грешна или че нещо странно се случва с частиците неутрино идващи от слънцето. По това време изследванията показват, че електронът има две частици – „посестрими“, наречени лептони, а именно муон и тауон. Всяка от тях си има кореспондиращо неутрино. Това означава, че има три вида неутрино. Това прави проблема с измерените три  пъти по-малко от очакваните неутрино още по странен.

Първите уреди за откриване на неутрино можеха да показват само електронното неутриното, така че ако слънцето произвежда само електронно неутрино, най-вероятно нещо става и част от частиците неутрино свързани с електроните се преобразуват в друг тип неутрино.  От друга страна обаче, според физиката на частиците, неутрино нямат маса, могат да се движат със скоростта на светлината и няма как да се преобразуват в друг вид. Ако имат маса, промяната би била възможна. Според учените, масата на неутрино е много по-различна от понятието „маса“, с което сме боравили досега. В стандартния модел неутрино се управляват от силата на електроенергията, която е обединение на електромагнитната сила на зарядите и магнитите и слабата ядрена сила, която регулира радиоактивното разпадане.

Моделът на електроизлъчване е квантова теория, така че неща като принципа на несигурността влизат в действие. В резултат на това можете да измерите маса на неутрино или неговия характер, вид, но не и двете. Това означава, че можем да кажем, че неутрино имат маса, но никога не можем да кажем, че електронният вид има определена маса.

Поради това квантово размиване между маса и вид, винаги сме ограничени да знаем само едното или другото. Според познатия модел има три вида маса (mass eigenstates) и три вида неутрино (flavor eigenstates). Ако знаем вида на неутриното – електрон, муон или тауон, тогава този вид е суперпозиция (квантова смес) на трите типа маса. Ако знаем масата на неутриното тогава това е суперпозиция от трите вида неутрино.

Това което отличава електронното неутрино от да кажем неутриното свързано с муона, е тяхната специфична смес от различни видове маса. Всеки вид неотрино е специфична суперпозиция от различни маси.

Новото откритие е, че всеки тип от трите маси има различна скорост. Така че ако електронно неутрино се появи в следствие на ядрена реакция, неговата маса ще бъде специфична, поради различната му скорост в сравнение с другите два типа неутрино. В квантовата теория, всеки вид маса има различна дължина на вълната, така че техните вълни започват да се смесват, когато се преместват в пространството. Когато електронно неутрино пътува във вселената, то се колебае между другите видове неутрино и шансовете му да се наблюдава като муон или тауон неутрино се променят – увеличават се или намаляват.