הקדמה

נייטרינואיםהםחלקיקיםזעירים,תת——אטומיים,שנראיםכמעטכמורוחותרפאים。מיליארדיםמהםעובריםדרכנובכלשנייהבלילהותירסימן!

ריםגייםתגובותהגרעיניותשמתדלקותאתהשמששלנו。אולםשלאכמואורהשמששאנורואיםומרגישיםעלהפניםשלנו,החלקיקיםדמויירוחותהרפאיםהאלהלעיתיםקרובותלאמְתַקְשְׁרִיםעםחומריםרגילים。כדי”לראות”נייטרינואים,מדעניםבוניםגלאיםגדוליםמאודורגישים,לעיתיםקרובותעמוקמתחתלאדמה。החומרשמרכיבאתכדורהארץמסייעלסנןאותותמחלקיקיםאחרים,כךשלאותותשנובעיםמהאינטראקציותהנדירותשלנייטרינואיםישסיכוילהיותמאותרים。הגלאיםהעצומיםהאלהמסייעיםלמדעניםלאתראתה”הודעות”שהחלקיקיםדמויירוחותהרפאיםהאלהנושאים。כאשרמדעניםמפענחיםאתההודעות,הםלומדיםעלהקשרביןנייטרינואיםלביןההרכבשלכוכבים,גלקסיותהיקוםוההיסטוריהשלהם。

מהונייטרינוֹ吗?

נייטרינ。הםנפלטיםכאשרגרעיןאטוםלאיציבדועך。דעיכהרדיואקטיבית。מינרליםבסלעיםואפילואשלגןבבננותדועכיםומייצריםנייטרינואים(ראואיור1)．אולםהרבהיותרנייטרינואיםמגיעיםמהתגובותהגרעיניותבשמשמאשרמכלמקוראחר。

לאמשנהמההמקורשלהם,נייטרינואיםהםלגמרילאמזיקיםמאחרשהםלאמתחבריםיחדאומְתַקְשְׁרִיםעםכמעטשוםדבר。הםמגיעיםמהשמשומהחללהחיצוןועובריםישירותדרךחומררגיאל——פילודרךהגוףשלנוודרךכדורהארץעצמו——בלישנדע。באופןהזה,הםקצתכמורוחותרפאים——כאן,ובכלזאתבלתינראים。אולםמאחרשנייטרינואיםנושאיםמידעעלמהשמתרחשבתוךהליבותשלכוכביםושלגלקסיות,מדעניםרוציםלדעתעליהםהרבהיותר。נייטרינואיםעשויםאפילולסייעלנולהביןמההתרחשכאשרהיקוםשלנונוצרלפניכמעט14מיליארדישנים!

ים

נייטרינואיםלעיתיםרחוקותמתקשריםעםחומררגיל,ולכןקשהמאודלאתראותם。

אםתמקמוכוסמיםעלשולחן,מיליארדנייטרינואיםיעברודרכהבכלשנייה。מרביתהחלקיקיםהמיסתורייםהאלהנעיםישרדרךהחומרבליליצורקולאולהשאירסימן。אולםלעיתיםנדירותביותר,בסביבותפעםאחתבכלעשרהמיליון——מיליארדפעמים,נייטרינויכהבאחדמהאטומיםשמרכיביםאתמולקולתהמים。האינטראקציההנדירההזועשויהליצורהבהובאורזעיראולהותירמטעןחשמליחופשי。„„„„„„„„„„„„„„„„„אולםמדעניםיכוליםלבנותגלאיםרגישיםמאודבמטרהלאתראתהאותותהחלשיםהאלה。כמומשהומהסרט”מכסחיהשדים”,האלקטרוניקהשבתוךהגלאיםמגבירהאתהאותותכדילהפוךאת”רוחותהרפאים”הבלתינראותלנראות!

אולםהַמְתָּנָהלהתרחשותשלאחתמתוךעשרהמיליון——מיליארדאינטראקציותיכולהלארוךזמןרבמאוד。כדילתפוסמספיקנייטרינואיםבמטרהללמודמשהועליהם,מדעניםצריכים”כוסמים”גדולהיותר——מכליםענקיםשמלאיםבמיליוניליטרים!והםצריכיםלשיםאתמכליהגלאיםהעצומיםעמוקמתחתלאדמה。

מדוע吗?מאחרשנייטרינואיםהםלאהחלקיקיםהיחידיםשחוציםאתכדורהארץ。הרבהחלקיקיםאנרגטייםאחריםשידועיםכקרינהקוסמיתגםזורמיםמהחללהחיצון。כלאחדמחלקיקיהקרינההקוסמיתהאלהיכוללגרוםלאינטראקציהעםהגלאים。אםמְכָלהגלאיהיהמעללאדמה,מיליוניאינטראקציותשלחלקיקיקרינהקוסמיתהיוממסכיםבקלותאתאותותהנייטרינוהנדירים。אולםכאשרהגלאיםעמוקבתוךהאדמה,הקרינההקוסמיתנעצרתעלידיאינטראקציותעםהאטומיםשלכדורהארץ,בעודשהנייטרינואיםעובריםישרהלאהומשאיריםאתחותמםבגלאים。

סגיםלנייטרינים

לנייטרינ。הווריאציההזויכולהלהובילאולהבהובאורזעיר,אולהבהובבהירמאודבגלאיםשמלאיםבמים。נייטרינואיםגםמגיעיםבשלושהסוגיםשונים,שנקראים”טעמים”。מדעניםלמדוכיצדלבנותגלאיםשמתאימיםלכלסוגשלנייטרינוולטווחהאנרגיותהרחבשלהם。

האינטארקציהשלכלסוגשונהשלנייטרינומייצרתסוגאחרשלמטעןטעוןשלילית。נייטרינ(דיפ?)。שניסוגיהנייטרינוהאחריםנקראיםעלשםחלקיקיםתת——אטומייםאחרים,כבדיםיותר:נייטרינומיואונימייצרחלקיקמיוּאוֹן;נייטרינטייצרלקיקטּ。

ינאנטי——חומרלשלושתטעמיהנייטרינו．אלובדיוקאותוהדברכמונייטרינואיםרגילים,פרטלכךשהםמייצריםחלקיקיםטעוניםחיוביתבגלאים。

מדעניםיכוליםלהבחיןביןהחלקיקיםהאלהמאחרשכלסוגמשאירתבניתשונהבגלאי。לדוגמה,מיואוןמשאירעקבותישרות,אלקטרוניםנראיםכמומטחים,וחלקיקיטאודועכיםבמהירותומייצריםמספרעקבותישרות。באמצעותתבניותשונות,מדעניםיכוליםלפענחאתטעמיהנייטרינוואתההודעותהחבויותשנישאותעלידיכלחלקיקדמוירוחרפאים。

ניק

קבוצתמדעניםבונהכיוםגלאינייטרינוענקעמוקמתחתלאדמהבדרוםדקוטהבארצותהברית。הניסויהזהידועבתור沙丘(地下中微子实验)。הגלאישלויהיהמלאבאַרְגּוֹןנוזלי．

גזארגוןמרכיב1%בלבדמהאטמוספרהשלנו,אולםמדעניםיכוליםלאסוףאותווליצורגזארגוןנקימאוד。are (−186°C)מקלעלאיתורהנתיביםשלהמטעניםהטעוניםשמיוצריםעלידיאינטראקציותנייטרינו。הסיבהלכךהיאשכאשרחלקיקיםטעוניםמהיריםנעיםדרךהארגוןהםמיינניםאתאטומיהארגוןבדרךשלהם。היינוּן„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„

אולםבנייתחיישניארגוןנוזליהיאאתגרגדול。כדילוודאשהעיצובהחדשהזהיעבוד,הצוותהבינלאומיבנהובדקלאחרונהגרסהקטנה,שידועהכ-ProtoDUNE(ראואיור2)．הםצילמוסוגיחלקיקיםשוניםדרךהגלאיהזהבמעבדההאירופיתלפיזיקתחלקיקיםבוועידההאירופיתלמחקרגרעיני(CERN)。אלקטרוניקהשתוכננהבקפידהאיתרהאתהאותותומדדהאותם,והמחשביםהמירואתהמדידותהאלהלתמונותתלת——ממדיותיפהפיות(ראווידאו1)——כמומצלמהדיגיטליתשלחמישהמגהפיקסליםשעובדתבשלושהממדים!

שליחיםמהשמש,מהאטמוספרה,מכּוּריםגרעינייםוממאיצים

-50年בהשניםהאחרונות,מדעניםהשתפרובאיתורנייטרינואים。הםמדדואותםכשהםהגיעומהשמש,מהתנגשויותשלקרינהקוסמיתעםאטומיםבאטמוספרהשלכדורהארץ,ומתגובותגרעיניותשמייצרותחשמל(ראואיור3)．הםגםלמדוליצורנייטרינואיםאנרגטייםמאודבמאיציחלקיקיםעוצמתיים。

כלסוגשלמקורמייצרטעמינייטרינושוניםבאנרגיותשונות。עלידיספירהזהירהשלנייטרינואיםבכלטעםבמרחקיםשוניםמהמקורותהאלה,מדעניםגילושתיתגליותמדהימותעלנייטרינואים。ראשית,הםגילושנייטרינואיםמשלושהסוגיםשוניםמשניםצורהאחדלשניכשהםמטייליםדרךהחלל!במיליםאחרות,ההודעותשנייטרינואיםנושאיםמשתנותכשהםעפים。ני，םגיללנייטריניםיסקטנד!כלחלקיקנייטרינושוקלפחותממיליוניתממסתושלאלקטרון。

הניסויהראשוןשאיתרבהצלחהנייטרינואיםמהשמש,אשרנערךעלידיריימונדדייויסבמעבדההלאומיתשלברוקהייבןבשנותה-1960年מצאהפתעה:הרבהמהנייטרינואיםשמדעניםציפולְאַתֵּרהיואיכשהו”חסרים”。回绝回绝לםז回绝回绝ל回绝回绝י回绝回绝גלל回绝回绝גל回绝回绝יל回绝回绝回绝ד。המדעניםעיצבואתהגלאיםשלהםכךשיקבלורקסוגאחדשלנייטרינואיםמסוגנייטרינואלקטרונישיוצרובליבתהשמש。הםיכלולחשבבדיוקכמהנייטרינואיםאלקטרוניםאמוריםלהיותמאותרים。אולםרקכשלישמהנייטרינואיםהאלקטרוניםהצפוייםהתגלובגלאי。

באמצעותניסוייהמשך,מדעניםבסופושלדברלמדומהיהסיבהמאחוריהתעלומההזו:חלקמהנייטרינואיםהאלקטרוניםשינוצורהלאחדמשניהטעמיםהאחרים(מיואוניאוטאואוני)בזמןשהיובמסעשלהםמהשמש。מאחרשהגלאיהיהעיוורלשניהטעמיםהאחריםהאלה,נדמההיהשהםחסרים!

תגליתושלדייוידלגבי”המחסורבנייטרינוסולרי”הייתה,תחילה,שנויהמאודבמחלוקת。㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢ניסוייםאחריםהשתמשובנייטרינואיםאטמוספרים,בנייטרינואיםבכוריםגרעינייםובנייטרינואיםבמאיצים。בכלהניסויייםהאלה,מדעניםמצאושטעמיהנייטרינואיםהיו”נעלמים”,והופכיםלטעמיםאחריםלאורךמרחקגדול。

ניסויה沙丘החדשבארצתהברית,וניסויההיפקר——מיוקנדהביפן,יגלופרטיםנוספיםעלהתנהגותשינויהצורהשלנייטרינואיםואנטי——נייטרינואים。אםמדעניםימצאוהבדלביןהאופןשבונייטרינואיםואנטי——נייטרינואיםמשניםצורה,זהעשוילפתוראתאחתהתעלומותהחשובותביותרביקום:מדועהיקוםמורכברקמחומרולאמאנטי——חומר。

מדעניםחושביםשגםחומרוגםאנטי——חומרנוצרובכמויותשונותבמפץהגדול．כמויותשוותשלשניההפכיםהאלההיוצריכותלהרוסזואתזוולהשאיררקאור!לכן,הקיוםשלחומרכיוםהואראיהלכךשהיהעודףקטןשלחומר。ייתכןשההבדלביןנייטרינואיםלביןאנטי——נייטרינואיםגרםלעודףהקטןהזהבזמןשהיקוםהתפשטוהתקרר。אםזהנכון,אנוצריכיםלהודותלנייטרינואיםעלהיקוםשישלנוהיום,שמלאבכלהדבריםשאנורואיםסביבנו,כוללסלעים,צמחים,חיותואנשים!

מילוןמונחים

(核反应)：↑תגובותגרעיניותמתרחשותכאשרגרעיניםאטומיםמגיביםזהעםזהויוצריםגרעיניםאחרים。בשמש,גרעינימימן(פרוטונים)משתלביםכדיליצורגרעיניהליוםולשחרראנרגיה——חוםואורשמש。

די(放射性衰变)：↑הגרעיניםשלהרבהאטומיםאינםיציבים,ובמהלךהזמןהםמתפרקיםומשחרריםחלקיקיםאנרגטייםכמולמשלקרניאלפא,בטהוגמא。התהליךהזהשלהתפרקותנקראדעיכהרדיואקטיבית。

אנטי——חומר(反物质)：↑לכלסוגשלחלקיקחומרטעוןישחלקיקמשליםשטעוןבמטעןההפוך。החלקיקיםהזהיםאךטעוניםהפוךהאלההםאנטי——חומר(אואנטי——חלקיקים)。לדוגמה,האנטי——חומרהמשליםשלמיואון(שטעוןשלילית)הואאנטי——מיואון(שטעוןחיובית)。לנייטרינ;הבנתהאופישלהאנטי——נייטרינואיםהאלההיאאחתהתעלומותהחשובותביותרבפיזיקה。

ט(中微子口味)：↑נייטרינואיםמגיעיםבשלושהטעמים,אוסוגים,שנקראיםעלשםסוגיםשוניםשלחלקיקיםטעוניםשהםמייצריםכשהםמְתַקְשְׁרִיםעםחומררגיל。שלושתהחלקיקיםהיסודייםהטעוניםשליליתהםהאלקטרון,המיואוןוחלקיקהטאו。הםזהיםבכלמובן,פרטלכךשהמיואוןכבדפי200מהאלקטרון,וחלקיקהטאוכבדפי3500מהאלקטרון。

ארגוןנוזלי(液氩)：↑ארגוןהואגזאינרטישמרכיבאחוזאחדמהאטמוספרהשלכדורהארץ。הואנעשהנוזליב--186°Cילרצלללים。הואטובלאיתורנייטרינואיםמאחרשהיינוןנשארבתוכוזמןרבמספיקכדילהיותמאותר。

יינון(电离辐射)：↑יינוןמתרחשכאשרחלקיקיםאנרגטייםמעיפיםאלקטרוניםמאטומים。התוצאההיאיוניםטעוניםחיוביתואלקטרוניםחופשיים。

מאיצים(加速器)：↑מאיציםהםמכונותשבהןהחלקיקיםטעונים,כמולמשלאלקטרוניםופרוטונים,מואציםלמהירויותשמתקרבותלמהירותהאור。מדעניםיכוליםליצורהתנגשויותביןאלומותחזקותמאודשלחלקיקיםכאלהבמטרהלהפיקחלקיקיםתת——אטומייםאחרים,כוללנייטרינואיםאנרגטיים。

(宇宙大爆炸)：↑המפץהגדולהואשמושלהאירועשהתחילאתהיקוםמנקודהבודדתשמלאהבמצבחומרחםודחוסלפניכ-14מיליארדשנים。כלהחלקיקיםוהחומרשאנורואיםהיום,כוללכלהגלקסיות,הכוכבים,כוכביהלכתועוד,נוצרוכאשרהמצבהדמוינקודההזההתפשטוהתקרר。

ינטרסים

המחבריםמצהיריםכיהמחקרנערךבהעדרכלקשרמסחריאופיננסישיכוללהתפרשכניגודאינטרסיםפוטנציאלי。