Neutrinos misteriosos, ¿por qué el nacimiento del universo terminó solo con el mundo de materia positiva?
Existe la teoría de que al comienzo del big bang, en la fluctuación del vacío, se formaron dos pares de partículas positivas y negativas. A medida que el universo continúa expandiéndose, deberían formarse dos pares de partículas. producido. Hay dos mundos, uno es un mundo de materia positiva. El otro es el mundo de la antimateria, pero no importa cómo observen los científicos, no se puede encontrar ningún mundo de antimateria en este universo. Esto muestra que al comienzo de la creación, hubo un cambio muy pequeño que provocó que las partículas positivas superaran la cantidad de antipartículas. Después de la aniquilación mutua, queda el mundo actual de materia positiva.
Entonces, ¿cuál es este pequeño cambio? Algunos científicos creen que puede estar relacionado con una partícula diminuta, es decir, el neutrino, que es probablemente la partícula más misteriosa descubierta por el ser humano hasta ahora.
El descubrimiento de los neutrinos por parte del ser humano fue un hecho totalmente accidental, que se remonta al 4 de diciembre de 1930. El famoso físico cuántico Pauli, que sólo tenía 30 años, escribió una carta a la científica Lise Meitner. En la carta, predijo la existencia de una partícula eléctricamente neutra y de baja masa que nunca había sido observada. Pero después de enviar la carta, Pauli se arrepintió, porque no había una gran base para esta predicción, simplemente porque otros físicos descubrieron que la energía no se conservaba al estudiar el problema de la desintegración beta.
Por ejemplo, los arqueólogos ahora utilizan la datación por carbono 14, que puede determinar con mayor precisión la edad de tumbas antiguas y reliquias culturales. El átomo de carbono-14 se transformará en un átomo de nitrógeno-14 y un electrón, pero algo sale mal en ese momento. Después de la desintegración beta, la masa no se conserva y falta un poco. Así que Pauli predijo que la parte que falta. una partícula misteriosa.
¿Cuál es el método científico del que todo el mundo suele hablar? El primer paso es hacer suposiciones audaces, pensar de forma desenfrenada y luego verificarlas cuidadosamente. Finalmente, obtenemos un resultado experimental que es universalmente aplicable. Este es un conjunto completo de pasos.
El 14 de junio de 1956, dos científicos estadounidenses, Raines y Cowan, enviaron un telegrama a Pauli. Este telegrama tenía como objetivo comunicarle a Pauli la buena noticia de que finalmente habían descubierto la misteriosa partícula predicha por Pauli, el neutrino. Hablando de este descubrimiento, es realmente difícil. Detectaron neutrinos cerca de un reactor nuclear en una central nuclear en Hanford.
Para comprobar los resultados, también cerraron el reactor nuclear. Detectar diferencias en las tasas de incidencia en un reactor nuclear no es tan sencillo como encender la televisión. Así que trabajaron muy duro para la investigación científica. Pero Huangtian dio sus frutos y este descubrimiento también les valió el Premio Nobel de Física. Pasaron 26 años desde la investigación preliminar hasta el descubrimiento de los neutrinos. Se puede ver que el descubrimiento de los neutrinos es muy difícil. No es de extrañar que el propio Pauli pensara que era una fantasía.
Por eso, el primer paso en la investigación científica requiere que los científicos se atrevan a abrir su mente. Por ejemplo, cuando se trata de teoría de cuerdas, algunas personas son muy desdeñosas y dicen que nunca se ha observado un universo multidimensional. Sin embargo, la teoría de cuerdas puede unificar muy bien matemáticamente las cuatro fuerzas. No se puede negar la teoría de cuerdas diciendo que no se ha descubierto el universo multidimensional. Otro ejemplo es la gravedad. Algunos físicos teóricos han propuesto que la gravedad puede viajar a través de varios universos paralelos. Esto se debe a que han encontrado una solución matemática basada en la teoría de la relatividad. No se puede decir que porque no se ha descubierto ningún universo paralelo, esta posibilidad. Se niega. Se dice que no está confirmado, pero no se puede decir que existan universos paralelos. No debe existir.
Volviendo a los neutrinos, ¿por qué de repente los neutrinos se han convertido en un tema destacado en la investigación en física? Debido a que los neutrinos son muy misteriosos, creo que hay tres misterios principales que rodean a los neutrinos en esta etapa. El primero se llama el misterio de la velocidad de la superluz. Hace 168.000 años, el Homo sapiens que vivía en la parte oriental del Gran Valle del Rift utilizaba hábilmente armas de madera caseras para cazar. ¿No saben qué son el sol, la luna y las estrellas, ni cuál es su comprensión del mundo? También muy limitado. En ese momento, había una gran Nube de Magallanes en el borde de la Vía Láctea. En ella había una supernova que explotó y esparció una gran cantidad de neutrinos. Después de un largo viaje de 168.000 años, una hornada de neutrinos voló a la Tierra.
El 23 de febrero de 1987, había un detector de desintegración nuclear Kobelco a una profundidad de 1 kilómetro bajo tierra en la mina Kamioka en la prefectura de Banana, Japón. Pocos meses después de finalizar la renovación de este gran laboratorio, de repente se recibieron 11 neutrinos.
El responsable de este experimento, el físico Masajun Koba, se hizo popular inmediatamente porque es la primera vez que los humanos aceptan neutrinos de fuera del sistema solar. Masatoshi Oshiba también ganó el Premio Nobel de Física por este descubrimiento. Después de capturar el neutrino, los físicos japoneses pensaron que algo grande había sucedido. Por supuesto, algo grande sólo se podía decir en un laboratorio. Externamente, los científicos son muy rigurosos.
En el informe pretendieron subestimar una cosa, diciendo que este lote de neutrinos llegó a la Tierra tres horas antes que los fotones. ¿Qué quiere decir esto? Esto parece implicar que los neutrinos viajan más rápido que los fotones. Cada vez que la gente oye hablar de experimentos científicos superligeros, le hierve la sangre de emoción. Según la teoría de la relatividad de Einstein. La velocidad de la luz es el límite superior de todas las velocidades. ¿Se podría decir que la teoría de la relatividad de Einstein está a punto de romperse? ¿No es esto realmente un gran problema? Tenemos que explicar este asunto adecuadamente.
Como se mencionó al principio del artículo, Pauli había predicho durante mucho tiempo que los neutrinos son partículas eléctricamente neutras con una masa extremadamente pequeña. Debido a que los neutrinos tienen masa, su movimiento no debería exceder la velocidad de la luz. ¿Por qué puede ser el límite superior de velocidad de movimiento en el universo? Sólo porque los fotones no tienen masa, pueden correr tan rápido porque la energía cinética es proporcional al cuadrado de la velocidad. Aunque la masa de los neutrinos es muy pequeña, tiene masa. Si quiere alcanzar la velocidad de la luz, su energía se volverá infinita. Entonces, en teoría, los neutrinos no pueden exceder la velocidad de la luz.
Entonces, ¿por qué la Tierra recibió neutrinos primero después de que explotó la supernova? Algunos científicos creen que es precisamente porque los neutrinos son eléctricamente neutros y no reaccionan con ninguna materia. Entonces, cuando una supernova explota, los neutrinos son los primeros en salir volando. Esto no significa que vuelen más rápido que los fotones, sino que los neutrinos salen primero. De esta forma se explica el problema de que los neutrinos viajen más rápido que la luz. Después de todo, los principales círculos académicos creen que los neutrinos no pueden exceder la velocidad de la luz.
Sin embargo, hay una afirmación más mágica e imaginativa. En junio de 2015, el Journal of Astrophysics publicó un artículo del físico Robert Ellysy, quien creía que los neutrinos pueden superar la velocidad de la luz y no son incompatibles con la teoría de la relatividad. ¿Cómo lo explicó? Dijo que en cierto marco de referencia, la energía puede ser negativa. En la superficie, significa que la velocidad de los neutrinos supera a la de los fotones, pero ¿cuál es la realidad? Son estos neutrinos los que viajan contra el tiempo. No vuela hacia el futuro, vuela hacia el pasado, y los observadores pensamos erróneamente que viaja más rápido que la velocidad de la luz.
Entonces, ¿no es muy imaginativa esta explicación? Hasta el momento, no se conoce ninguna evidencia observacional que contradiga los resultados de Alisi, por lo que su hipótesis no se puede refutar, no se puede decir que esté mal y, por supuesto, no se puede decir que tiene razón, simplemente se puede levantar el pulgar y decir: "Tengo una idea". Eilish propuso el ejemplo de retroceder en el tiempo. Esta es una idea muy desafiante. Muchos científicos ya han comenzado a investigar la idea del tiempo inverso.
El segundo misterio es el misterio de la materia oscura caliente. En 2006, el Telescopio Espacial Hubble tomó una fotografía famosa. El área azul en la fotografía del Bullet Cluster contiene la mayor parte de la masa de los dos principales cúmulos de galaxias, pero no sabemos de qué está hecha la masa en la oscuridad. compuesto por lo que los científicos llaman la región de la materia oscura. Esta es también la primera vez que los humanos observan materia oscura en el universo.
Los científicos calculan. La materia oscura representa el 26,8% de la masa del universo. ¿Por qué la materia oscura es invisible? ¿Será porque la materia oscura no interactúa con la radiación electromagnética? ¿No es ésta exactamente la característica de los neutrinos? Por eso, algunos científicos se preguntaron si la materia oscura podría ser neutrinos. Sin embargo, los neutrinos no pueden explicar todos los fenómenos de la materia oscura. Los científicos creen que los neutrinos son sólo un tipo de materia oscura, llamada materia oscura caliente, así como materia oscura cálida y materia oscura fría.
En cuanto a estos, ni siquiera sé de qué están hechos. Por lo tanto, a pesar de que los humanos han logrado muchos logros en física y astronomía, nuestra comprensión del universo se encuentra todavía en una etapa muy preliminar. A continuación, introduzcamos el tercer mayor misterio de los neutrinos: el misterio de la desaparición de la antimateria.
Llegó el año 1998, todavía al pie del monte Kamioka en Japón. En ese momento, Masatoshi Oshiba se había jubilado y su alumno Takaaki Kajita se convirtió en el principal responsable del experimento. Actualizaron el detector original y lo llamaron detector Super Kamiokande. Este detector hizo otra gran contribución y descubrió el fenómeno de la oscilación de neutrinos.
La llamada oscilación de neutrinos significa que los neutrinos se convertirán espontáneamente en otros tipos de neutrinos durante el vuelo. Hay tres tipos de neutrinos, llamados neutrinos eléctricos, neutrinos muónicos y neutrinos ondulatorios.
Estos tres tipos de neutrinos tienen sus correspondientes antineutrinos, por lo que existen 6 formas de neutrinos. Este descubrimiento de Kajida también le valió el Premio Nobel de Física en 2015. A través del fenómeno de la oscilación de neutrinos, los científicos comenzaron a establecer conexiones. ¿Existen otros ejemplos que puedan producir oscilaciones en determinadas circunstancias? ¿O pueden otras partículas, entre las que por supuesto las más importantes son los electrones, reaccionar de alguna manera con los neutrinos oscilantes y ser arrastradas por los neutrinos?
Por ejemplo, después del primer segundo del Big Bang, los científicos creen que en este momento se produjeron neutrinos, porque las partículas cambiaron su sabor durante la oscilación, por lo que en un momento determinado las partículas de positrones de repente se forman. Más antipartículas que antipartículas. Las antipartículas y las antipartículas se aniquilarán cuando se encuentren, así en el universo. Sólo quedan partículas positivas y una pequeña cantidad de antipartículas, formando el mundo de materia positiva que vemos hoy.
Este es un tema muy importante sobre el origen del universo. El núcleo es estudiar las oscilaciones de neutrinos. El objetivo más importante ahora es clasificar los pesos de los tres tipos de neutrinos. El resultado más probable en este sentido es el experimento Catering en Alemania. El momento de su carrera llegó en octubre de 2006. Naturalmente, los alemanes no tienen miedo de trabajar duro, por lo que a menudo obtienen resultados de investigación científica notables. Construyeron un enorme espectrómetro que pesaba más de 200 toneladas. Según el mapa, la distancia entre la fábrica y el laboratorio es de sólo 350 kilómetros. Sin embargo, debido a que es tan grande, el transporte terrestre es imposible, por lo que sólo podemos dar la vuelta en un gran círculo. Para llegar hasta allí por transporte marítimo fueron necesarios más de 8.600 kilómetros.
En 2019, Catering proporcionó el primer lote de resultados de investigación, fijando el límite superior de masa del neutrino electrónico en 1,1 electronvoltios. ¿Qué tan pequeña es esta masa? Menos de una millonésima parte de la masa de un electrón. Por lo tanto, la velocidad de vuelo de los neutrinos puede ser cercana a la velocidad de la luz. Esta es también la razón porque su masa es demasiado pequeña. Midiendo la masa de los neutrinos, podemos utilizar métodos indirectos para confirmar el modelo del Big Bang.
Si los astrónomos infieren la masa de los neutrinos basándose en la medición de la densidad del universo y miden directamente la masa de los neutrinos en experimentos, ¿cuál será el resultado? Se trata de un resultado terrible y estremecedor, lo que probablemente significa que la teoría del Big Bang está equivocada.
Dicho todo esto, quizás puedas entender por qué países de todo el mundo están estudiando desesperadamente los neutrinos. Se puede decir que los neutrinos son la clave para desbloquear los misterios del universo. El detector Kamiokande supergigante de Japón, Catering de Alemania, el Laboratorio de Neutrinos Jiangmen de China y el Observatorio IceCube de Estados Unidos son todos laboratorios con el mayor potencial para realizar descubrimientos importantes, y todos tienen diferentes enfoques. Podemos confirmarnos mutuamente y esforzarnos por resolverlos. el misterio de los neutrinos lo antes posible.
Si un día los científicos anuncian de repente que la teoría del Big Bang es errónea, entonces el desafío más probable a esta teoría es actualmente el estudio de los neutrinos. Por último, hagamos otra digresión para cuestionar la teoría del Big Bang. También hay una científica estadounidense llamada Laura Horton que utilizó cálculos matemáticos para calcular que esta teoría también es criticada por muchos. muy interesante.