Miljardit fantomiset hiukkaset kulkevat juuri nyt kehosi läpi. Näkymättömät ja käsittämättömät, ne kiitävät maapallon yli ikään kuin sitä ei olisi olemassa. Puoli vuosisataa fyysikot ovat jahdanneet näitä neutriinoja paljastaakseen niiden salaisuudet. Sitten, vuoden 2025 alussa, Kiinan maaperään haudattu jättimäinen ilmaisin muutti kaiken. Alle kahdessa kuukaudessa se saavutti sen, mihin tutkijat olivat kuluttaneet vuosikymmeniä.
Sisällysluettelo
Ennennäkemätön tieteellinen saavutus
Jiangmengin maanalainen neutriino-observatorio, eli JUNO, on juuri julkaissut ensimmäiset tuloksensa Chinese Physics C -lehdelle lähetetyssä preprintissä. Luvut ovat hämmästyttäviä: vain 59 päivän aikana tämä laite on mitannut neutriinojen perusparametrit ennennäkemättömällä tarkkuudella.
Joachino Ranucci, projektin varapuheenjohtaja, tiivisti saavutuksen värikkäällä lauseella: ”Puolen vuosisadan ponnistelut tiivistyvät kahden parametrin numeeriseen arvoon. 59 päivässä saimme 50 vuoden mittaustulokset”. Nämä kaksi tärkeintä parametria – neutriinojen sekoittumiskulma ja niiden massatilojen eron neliö – määrittävät, kuinka nämä hiukkaset värähtelevät eri muotojensa välillä.
Subatomisen maailman aaveet
Mutta mitä neutriino on? Kuvittele hiukkanen, joka on niin heikko, että se kulkee kehosi, vuorten ja koko planeetan läpi käytännössä ilman minkäänlaista vuorovaikutusta. Nämä ”aavehiukkaset” ovat käytännössä massattomia ja esiintyvät kolmessa eri muodossa: elektroni, myoni ja tau.
Oudoin ilmiö? Ne eivät pysy kiinteässä muodossa. Elektronineutriino voi muuttua myonneutriinoksi liikkuessaan ja siirtyä sitten tau-variantiksi. Tämä kvanttitanssi, jota kutsutaan oskillointiksi, toi sen keksijöille Nobelin fysiikan palkinnon vuonna 2015, koska se todistaa, että neutrinolla todella on massa – tosiasia, jota hiukkasfysiikan standardimalli ei ennustanut.
Miksi nämä hiukkaset huolestuttavat fyysikoita niin paljon?
Juuri tämä arvaamattomuus tekee neutriinoista niin mielenkiintoisia. Ne ovat ensimmäinen vahvistettu aukko monimutkaisessa teoriassamme subatomisesta universumista. ”Neutriino on ainoa tie fysiikkaan standardimallin ulkopuolella”, Ranucci selittää.
Tämä portti voi johtaa mullistaviin löytöihin: ymmärrykseen siitä, miksi maailmankaikkeudessa on enemmän materiaa kuin antimateriaa, tarkkaan massahierarkian määrittämiseen kolmen neutrinotyypin välillä tai jopa täysin odottamattomien fysikaalisten ilmiöiden löytämiseen.
Jättimäinen ilmaisin, joka on haudattu maan alle
Näiden vaikeasti havaittavien hiukkasten kiinniottamiseksi on ajateltava suuressa mittakaavassa. Erittäin suuressa mittakaavassa. JUNO on halkaisijaltaan 35 metrin pallo, joka sisältää 20 000 tonnia scintillaatioliuosta – kemiallista yhdistettä, joka on kehitetty erityisesti reagoimaan neutriinojen läpikulun kanssa ja aiheuttamaan pienen valonvälähdyksen. Pallon sisällä on tuhansia antureita, jotka rekisteröivät nämä ohikiitävät välähdykset.
Laite sijaitsee syvällä maan alla, jossa maankuori toimii luonnollisena suojana muilta avaruushiukkasilta, jotka voivat häiritä mittauksia. Vain neutriinot läpäisevät kiven esteettä.
JUNOn valtava koko – kaksikymmentä kertaa suurempi kuin aiempien ilmaisimien – selittää sen poikkeuksellisen herkkyyden. Enemmän scintillaatioliuosta tarkoittaa enemmän havaittavia vuorovaikutuksia, mikä tarkoittaa enemmän dataa ja suurempaa tarkkuutta.
Uuden fysiikan aikakauden lupaukset
Nämä ensimmäiset tulokset ovat vain ennusmerkki tulevista tapahtumista. JUNO-tiimi aikoo ajan mittaan tarkentaa mittauksiaan ja toivoo voivansa ratkaista joitakin perustavanlaatuisen fysiikan vaikeimpia mysteerejä. Jokainen havaittu neutriino on uusi palanen kosmisen palapelin, avain syvempään ymmärrykseen universumiamme hallitsevista laeista.
Kiinalaisen luolan maanalaisessa hiljaisuudessa aavehiukkaset paljastavat vihdoin salaisuutensa.
