중성미자 물리학은 특이한 캐릭터로 가득합니다. 1938 년에 흔적없이 사라진 Ettore Majorana가있었습니다. 수년 동안 그에 대한 논쟁의 여지가 많았지 만 그에 대한 기록은 발견되지 않았습니다.
그런 다음 Bruno Pontecorvo가있었습니다. 영국에서 핵 비밀이 미끄러 져 의심되는 그는 1950 년 이탈리아에서 휴가 중에 사라져 5 년 후 그의 새로운 고향 인 소비에트 연방의 찬사를 부르며 다시 나타났다.
그러나 가장 이상한 것은 중성미자 자체입니다. 그것은 전기적으로 중립적이어서 입자 검출기에 보이지 않으며, 가장 가벼운 입자 인 전자의 중량의 최대 0.0004 %가 기괴하게 가볍습니다. Although it is the most numerous massive particle in the universe, it is so slippery that it can pass through a light year of lead as if it wasn’t there. 그리고 모양 변화의 문제가 있습니다.
중성미자는 전자, 뮤온 및 타우의 세 가지 맛으로 나옵니다. 그러나 맛은 순수한 본질이 아닙니다. 각은 세 가지 성분 또는 질량 상태의 다른 조합 (또는 중첩)으로 구성됩니다.
이 대중들은 무게가 다른 단순한 아령이 아니라 길이가 다른 파도로 행동합니다. 파도는 서로 완벽하게 정렬되지 않기 때문에, 한 질량 상태의 높이는 다른 두 가지의 높이와 관련하여 다릅니다. 즉, 때로는 질량 상태의 조합이 전자 중성미자의 레시피와 가장 유사하지만 다른 경우에는 뮤온 중성미자의 것과 같습니다. 결과적으로 중성미자는 여행 할 때 세 가지 맛 사이에서 진동하는 것처럼 보입니다.
다른 기본 입자도 이렇게하지 않습니다. 일리노이 주 에반 스턴에있는 노스 웨스턴 대학교의 안드레 데 구 베아 (André de Gouvêa)는“중성미자만이 한 유형에서 다른 유형으로 바꿀 수 있습니다. 자연의 기발한 것 이상으로, 파리를 돌연변이하는이 능력은 물리학의 깊은 질문과 잠재적으로 중요한 답변을 가리 킵니다.
중성미자 돌연변이는 입자의 작은 덩어리가 아닌 경우 불가능합니다. 알려진 3 개의 질량 상태 각각이 너무 작고 관련 양자 파장이 너무 길기 때문에 각 상태에 해당하는 파도는 우주 거리에 작은 오프셋만으로 동기화 될 수 있습니다. 이를 통해 중성미자는 매성적 인 다중성 상태에서 다른 맛 사이에서 깜박일 수 있습니다.
덩어리가 더 크고 파장이 더 짧은 경우, 파도는 빠르게 단계를 벗어날 수있어 다른 맛 사이 의이 나이프 에지 균형이 무너져 중성미자를 한 유형이나 다른 유형으로 만들어냅니다. De Gouvêa는“다른 맛은 서로 분리 될 것입니다. "그들은 매우 이진 행동을 가질 것입니다." 코펜하겐 대학교 (University of Copenhagen)의 중성미자 연구원 인 제이슨 코 스키 넨 (Jason Koskinen)은 양자 역학의 규칙에 따라 중성미자가 그렇지 않다는 사실은 여전히 Quantum Mechanics의 규칙에 따라 의미가 있지만 여전히 마음을 굽히고 있다고 말합니다. "나는 아직도이 주위에 머리를 감싸지 않았다"고 그는 인정한다.
중성미자는 질량이 전혀 없어야했습니다. MASICHUSETTS Institue of Technology (MIT)의 Janet Conrad는“우리는 중성미자가 질량이 없다는 생각을 중심으로 표준 모델을 구축했습니다.
그들이 덩어리가 작지만 작다는 사실은 큰 문제입니다. 표준 모델은 입자와 힘이 어떻게 상호 작용하는지에 대한 물리학 자의 최선의 아이디어입니다. 2012 년에 마지막 누락 된 입자 인 Higgs Boson의 발견으로 건설이 완료된 멋진 강력한 건물입니다. Koskinen은“중성미자 진동은 현재 표준 모델 밖에서 수행 할 수있는 유일한 확인 된 물리학입니다.
중성미자 질량이 너무 까다로운 이유는 입자가 질량을 얻는 방법과 관련이 있습니다. 질량이있는 다른 기본 입자는 스핀의 방향에 해당하는 두 개의 거울 버전 (왼쪽과 오른 손잡이)으로 제공됩니다. 각 버전은 자연의 다른 힘과 상호 작용할 수 있으며, 두 가지 "손"은 모든 공간을 질식시키는 보이지 않는 양자 "에테르"와의 상호 작용 덕분에 입자 질량을 주어야하는 것으로 보입니다.
Higgs Field는 거울처럼 작용하여 하나의 스핀이있는 입자를 반대쪽으로 바꾸는 입자를 돌립니다. De Gouvêa는“이 아이디어는 가끔씩 왼손 입자가 iggss 필드에 부딪쳐 오른 손잡이 입자로 전환 될 것입니다. "순 효과는 질량이있는 입자처럼 보인다는 것입니다."
대조적으로 중성미자는 한 손으로 약한 핵무기와 만 상호 작용합니다 (기술적으로 중력이 있지만 다른 힘의 강도는 무시할 수 있습니다). 그리고 실제로, 왼손잡이 중성미자 만 관찰되었습니다. 중성미자가 거울 반사가 없다면 표준 모델에 따르면 질량이 없어야하므로 질량을 얻는 방법은 한 손 박수의 소리를 숙고하는 Zen Koan의 물리학 자의 버전입니다. De Gouvêa는“주제에 대해 혼란스러워하는 많은 입자 물리학 자”라고 말합니다.
한 가지 가능성은 중성미자가 반영을 가지고 있지만, 만 볼 수있는 것입니다. 즉, 오른 손잡이 중성미자가 있지만, 그들의 존재는 사우스 폰 상대보다 훨씬 더 많고 질량이 없기 때문에 발견되지 않았습니다. 오른 손잡이 중성미자의 De Gouvêa는“그 입자는 어떤 힘도 참여하지 않습니다. "말 그대로 왼손잡이 중성미자를 제외하고는 아무것도 상호 작용하지 않습니다."
중성미자가 어떻게 질량을 얻는가는 중성미자 물리 자체의 경계를 넘어서 우주론의 가장 큰 문제 중 하나에 대한 해결책을 약속하는 미스터리입니다. 표준 모델에 따르면, 빅뱅 이후에 같은 양의 물질과 반물질이 이루어져야합니다. 물질과 반물질이 만나면 그들은 서로 즉시 서로를 완전히 전멸시킵니다. 따라서 빅뱅은 큰 혼란으로 빠르게 연속적으로 이끌었을 것입니다. 우리가 오늘 여기에 있다는 사실은 일부 프로세스가 더 많은 문제를 남기기 위해 척도를 기울 였음을 보여줍니다. "평등은 어떻게 불평등으로 진화 했습니까?" 일리노이 주 바타 비아에있는 Fermilab의 중성미자 이론가 인 Boris Kayser에게 묻습니다. "물질과 반물질은 다르게 행동해야합니다." 많은 물리학 자들은 중성미자 가이 불균형에 중요한 역할을했다고 의심하지만 그렇게한다면 다른 입자가하는 방식으로 질량을 얻지 못할 것 같지 않습니다 (오른 손잡이 버전을 통해 표준 iggs 필드와 상호 작용)
.다행스럽게도 거의 80 년 전 수수께끼의 Majorana에 의해 모금 된 허점이 있습니다. 별도의 오른 손잡이 중성미자를 호출하는 대신, 중성미자 항-입자 (항 혈관)는 왼손잡이의 대량 파트너 역할을 할 수 있습니다. 결국, 안티 니트 리노는 오른 손잡이입니다. 그러나 이것이 효과가 있으려면 중성미자는 그들 자신의 항 입자 여야합니다. 그것은 두 개의 중성미자가 서로를 만난다면 즉시 멸망시킬 것임을 의미합니다.
이런 일이 일어나고 있는지 테스트하는 한 가지 방법은 방사성 입자 붕괴를 찾는 것입니다. 2 개의 항 안티 우트 리노의 징후를 남겨 두어야하지만, 그 자체의 항 미생물 인 항 inutrinos가 형성 직후에 소멸 되었기 때문에 그렇지 않을 것입니다. 약 10 년 전에보고 된 한 가지 논란의 여지가있는 결과를 제외하고, 중성미자 이중 베타 붕괴로 알려진이 서명은 아직 보지 못했습니다. 그렇다고해서 프로세스 (두 개의 양성자와 2 개의 전자를 생산하기 위해 부패하는 두 개의 중성자)가 존재하지 않는다는 의미는 아닙니다. 일반적으로 우주의 나이보다 훨씬 오래 시간에 발생할 것으로 예상되는 경우가 너무 드 rare니다.
그러나 항상 그런 것은 아닙니다. 통계적으로, 붕괴는 실험실에서 감지 가능한 시간 척도에서 발생할 수 있습니다. De Gouvêa는“어쨌든 우리가 한 가지 방법으로 중성미자 덩어리만을 찾을 수 있다고 들었다면 중성미자 이중 베타 붕괴가 아마도 가장 높은 우선 순위 일 것입니다. 이탈리아 Cuore 및 Canadian SNO+ 실험을 포함한 몇 가지 새로운 사냥은 항 혈관의 Telltale 부재에 대한 Telltale과 같은 요소의 방사능 붕괴를 면밀히 조사하는 것을 목표로합니다.
중성미자가 자신의 항 입자가 아닌 경우, 중성미자 베타 붕괴는 결코 일어나지 않을 것입니다. 대신, 두 중성자는 2 개의 양성자, 2 개의 전자 및 2 개의 항 핵형을 남길 것입니다. 이 경우, 물질의 수와 반물질 렙톤의 차이, 즉 중성미자, 전자, 뮤온 및 타우 입자의 차이는 붕괴 전후에 0이 될 것입니다. 그러나 중성미자가 그들 자체의 항 입자 인 경우, 붕괴 후 2 개의 렙톤 (전자)이 남아 있고 antileptons는 없다. 순 결과는 반물질 상대를 희생시키면서 물질 렙톤의 양이 증가하는 것입니다. 초기 우주에서 운영되는 비슷한 과정은 물질과 반물질 사이의 우주의 불균형을 설명하기위한 티켓 만 제공 할 수 있습니다.
그것은 우주의 본질에 관심이있는 우주 학자들에게 유망한 방향입니다. 그러나 그것은 또한 중성미자가 어떻게 질량을 얻는 지 설명하기 위해 새로운 물리학이 필요하다는 것을 의미합니다. 왼손잡이, 오른 손잡이 및 iggs 입자 간의 일반적인 상호 작용은 효과가 없습니다.
한 가지 아이디어는 중성미자에게 자체 Higgs 필드, 중성미자 만 반영하는 거울과 다른 입자가 없다는 것입니다. De Gouvêa는“중성미자가 자체 Higgs Boson을 요구하는 것과 같습니다.
대만의하신 슈 (Hsinchu)에있는 국립 이론 과학 센터의 치안-슈 첸 (Chian-Shu Chen)과 타이페이에있는 대만 국립 대만 대학의 Ya-jheng의 Ya-Jheng 은이 새로운 Higgs Boson의 징후가 스위스의 큰 Hadron Collider에 나타날 수 있다고 계산할 수 있다고 계산합니다. Chen은“우리는 중성미자 질량 메커니즘이 LHC의 도달 범위 내에서 공개 될 수있는 기회를 가질 수 있다고 기대합니다.
그러나 그는 물리학 자들이 LHC가 도달 할 수있는 것보다 훨씬 높은 에너지에서 새로운 입자가 생성 될 것으로 기대하기 때문에, 그 일이 일어난다면 그것이“운이 좋다”고 인정한다. 독일 하이델베르크에있는 맥스-플랑크 핵 물리 연구소의 알렉세이 스 미르 노프 (Alexei Smirnov)는 동의했다. "나는이 활동을‘램프 아래에서 검색하는 것’이라고 부를 것입니다."라고 그는 말합니다. "이 건축에 대한 다른 심각한 동기는 없지만 LHC에서는 관찰 할 수있는 것을 만들 수 있습니다."
또 다른 가능성은 평범한 것보다 훨씬 덜 사교적 인 중성미자를 추가하는 것입니다. 이것은 단순히 오른 손잡이 중성미자를 추가한다는 아이디어와 유사합니다.이 경우 여분의 중성미자는 자체 질량을 제공하기 위해 그 자체와 상호 작용합니다. 그것은 중력으로 만 다른 입자에만 영향을 줄 수 있기 때문에 거대한 "멸균"중성미자라고합니다. 메릴랜드 대학교 (University of Maryland)의 Rabindra Mohapatra는“왼손잡이는 자신의 질량을 가지고 있으며 오른 손잡이는 자신의 질량을 가지고 있습니다.
"멸균"중성미자가 존재한다면, 두 개의 중성미자 유형이 시소의 반대쪽에있는 것처럼 보통 중성미자의 질량에 반비례하는 질량이 있어야합니다. 그리고 그것은 기본 입자의 질량 분포에 수수께끼의 격차를 설명하는 데 도움이 될 수 있다고 Mohapatra는 말합니다. 양성자와 중성자를 구성하는 쿼크는 전자보다 약 10 배 거대하지만 전자는 다음으로 가장 가벼운 입자 인 중성미자보다 250,000 배 이상 거대합니다. Mohapatra는“우리는 항상 중성미자 덩어리가 전자 질량보다 훨씬 작다는 사실에 대해 항상 걱정했습니다. Mohapatra가 35 년 전에 시작한 Seesaw 메커니즘에서, 매우 무거운 멸균이 있으면 매우 낮은 일반 중성미자를 설명 할 수 있습니다.
Seesaw 메커니즘은 LHC에서 양성자 충돌의 이물에 나타날 이국적인 전하 입자를 생성 할 수있다. De Gouvêa는 거대한 멸균 중성미자의 증거를 찾는 것이“중성미자 덩어리가 다른 독립적 인 질량의 공급원에 대한 증거”라고 말하기 때문에 흥미로울 것입니다. 그러한 발견은 물리학에서 가장 기본적인 질문 중 하나 인 질량의 기원의 핵심에서 얻을 것입니다.
무거운 멸균 중성미자는 왜 일반 중성미자가 작은 덩어리를 가지고 있는지 설명 할 수 있지만 세계에서 가장 큰 입자 가속기 인 대형 Hadron Collider에서도 접근 할 수 없을 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 새로운 유형의 중성미자를 찾는 데 대한 모든 희망은 손실되지 않습니다. 무거운 멸균 중성미자는 진동 실험에 나타날 수있는 일반 중성미자보다 10 ~ 100 배의 무게가 낮은 질량 멸균 파트너를 가질 수 있습니다.
가벼운 멸균 중성미자가 존재한다면, 그들의 질량 상태는 중성미자의 3 가지 맛을 생성하는“중첩”의 일부가 될 수 있습니다. 이는 진동 실험이 멸균 유형으로 변형 되었기 때문에 예상보다 더 적은 일반 중성미자를 발견 할 수 있음을 의미합니다. 또는 실험은 예상보다 훨씬 빨리 발생하는 진동을 찾을 수 있습니다. 멸균 중성미자의 무거운 질량 상태는 일반 중성미자보다 파장이 짧기 때문에 파도가 세 가지 일반파에 추가되면 최종 결과는 중성미자 유형 사이에 더 많은 흔들림이 될 것입니다.
MIT의 Janet Conrad는 Isodar라는 제안 된 실험에서 이러한 흔들림의 모양을 검색하기를 희망하는 팀의 일부입니다. 그것은 5 년 동안 붕괴가 거의 1 조 3 조의 안티 우 트리 노스를 생성 할 리튬의 방사성 동위 원소를 생성 할 것이다. 이들 안티 누트 리노 중 일부는 인근 탐지기와 상호 작용할 것이며, 다른 에너지에서 검출 된 수의 변화는 하나 이상의 멸균 중성미자로부터 여분의 흔들림을 드러낼 수있다. 그녀는“내가 기대하지 않은 중성미자 나 그곳에 있었던 중성미자를 말하는 것 이상이 필요하다”고 말했다. “모핑이 일어나는 것을보고 싶습니다. 고양이들과 함께 경주를 보내고 결국 개를 발견했다면 그 사이에 무슨 일이 있었는지 이해하고 싶을 것입니다.”
.멸균 중성미자가 존재한다면 우주론에서 여러 가지 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있으며, 적어도 5 ~ 1 이상의 요인보다 정상적인 물질을 능가하는 신비한“암흑 물질”을 구성 할 수 있습니다 (빅뱅이 계산 된 이후 생산 수는 암흑 물질을 설명하기에 충분히 무겁지 않음).
실제로, 소수의 이전 실험은 전자 전자 볼트 정도 약 1 개의 전자 볼트 또는 약 0.0002 %의 경량 멸균 중성미자의 힌트를 발견했습니다. 문제는 값이 우주의 암흑 물질과 멸균 중성미자의 질량을 설명하는 멸균 중성미자의 제안 된 질량과 다르다는 것입니다. 코펜하겐 대학교 (University of Copenhagen)의 Jason Koskinen은“멸균 중성미자의 유일한 일관된 측면은 불일치입니다.
Pontecorvo에 관해서는, 중성미자가 시프트 모양을 할 수 있다고 제안한 사람은 시소가 아니라면 자신의 삶은 아무것도 아니었다. 그는 곧 소비에트 연방에 탈북 한 것을 후회하게되었다. Pontecorvo는 1992 년에 사망하기 1 년 전 기자에게“몇 년 후, 나는 바보가 무엇인지 이해했습니다. 그러나 너무 늦었습니다. 그의 결함으로 인해 수년간 해외 여행을하지 못했고 아내의 신경 붕괴에 기여했으며, 아이러니하게도 맨체스터 대학의 과학 역사가 인 시몬 투르 체티 (Simone Turchetti)는 아마도 영국을 떠난 원자로 연구에서 그를 폐쇄했다고 말합니다. Turchetti는“이것은 완전히 다른 두 세계에서 완전히 다른 두 삶을 사는 사람의 이야기입니다.
Maggie McKee는 주로 천문학과 물리학에 중점을 둔 프리랜서 과학 작가입니다. 이전에는 의 편집자입니다 새로운 과학자 <및 천문학 잡지, 그녀는 남편과 함께 보스턴 근처에 살고 있습니다.
