Den østrigske fysiker Gustav Pauli. Han hævdede i 1930 eksistensen af en neutrino.
Langhåret. Partikelfysikken byder på mange mærkelige partikler, men ingen så mystiske som den flygtige neutrino.
Når man taler om at finde en subatomar partikel kaldet neutrino, antager udtrykket at lede efter en nål i en høstak en helt ny dimension. »Den lille neutrale«, som ordet betyder, har nemlig ingen elektrisk ladning, en uhyre ringe masse og vekselvirker stort set aldrig med andet stof. Som et spøgelse passerer den igennem alt uden at give sig til kende. Den kan oven i købet skifte type undervejs. Lige nu bemærker De eksempelvis næppe, at omkring 66 milliarder af de gådefulde partikler passerer igennem Deres øjenæbler per sekund.
Neutrinoer eksisterer i ubegribeligt stort antal kun overgået af fotoner ( lys) og gennemstrømmer det ganske univers. Forskere har brugt omkring 100 år på først at hævde og siden at påvise, at neutrinoer virkelig findes. Senere granskning har afdækket neutrinoers mange overraskende egenskaber, og der er stadig meget tilbage at efterforske. Et helt nyt felt kaldet neutrinoastronomi baserer sig på partiklerne. Her observerer man universet via neutrinoer i stedet for lys. Deres særlige karakteristika er meget velegnet til at undersøge forholdene i de fjerneste og tidligste dele af universet og dermed kaste ny viden af sig om universets tilblivelse.
Den prisvindende britiske partikelfysiker og forfatter Frank Close har med bogen Neutrino sat sig for at skrive en foreløbig beretning om disse næsten ueftersporlige partikler, fra de først blev postuleret og frem til i dag. Han har skruet ned for komplicerede formler og kvantefysikkens krusedullelignende anskueliggørelser af, hvordan forskellige partikler henfalder til andre slags partikler. Til gengæld begaver han læseren med et inspirerende historisk indblik i den eksperimentelle kvantefysiks guldalder. Dengang mænd var forskere og fremkom med dristige hypoteser, og andre forskere forsøgte at bevise dem ved at udtænke lige så dristige forsøg. Close citerer i sin indledning Thomas Edisons berømte ordsprog: »Genialitet er én procent inspiration og 99 procent transpiration.« I intet forskningsfelt synes det at give så meget mening som i neutrinoforskning.
Den østrigske fysiker Gustav Pauli hævdede i 1930 eksistensen af en neutrino. Han forsøgte at påvise et uforklarligt energitab ved en radioaktiv nedbrydningsproces, et såkaldt betahenfald. Et energitab, man i øvrigt havde kendt til siden 1914. Hvis der er en ting, fysikere hader, som Close skriver, er det et uforklarligt energitab. Det går imod loven om energiens konstans eller termodynamikkens første lov. Niels Bohr var angiveligt ikke imponeret af Paulis fantasifoster, da »det at opfinde nye partikler for at ordne fundamentale problemer ikke var hans stil«, som Close anfører. Pauli selv var også lettere foruroliget over sin hypotese om en partikel à la H. G. Wells’ Den usynlige mand, og sagde, »Jeg har gjort noget skrækkeligt. Jeg har postuleret eksistensen af en partikel, der ikke kan opdages.« Så satte han en kasse champagne på højkant for den eller de heldige, der først kunne bevise eksistensen af hans neutrino.
Den blev først indkasseret i 1956 af to forskere, Fred Reines og Clyde Cowan. Deres forsøg med det træffende navn Project Poltergeist gik ud på at placere en neutrinodetektor tæt på et kernekraftværk, hvis reaktor angiveligt dannede milliarder af de små neutrale. Det lykkes de to at opfange snerten af nogle af disse og dermed påvise eksistensen af Paulis flygtige partikel. Nyheden gik verden rundt.
CLOSE kommer ind på et utal af betydningsfulde forskere undervejs, men har dedikeret sin bog særligt til tre. Det drejer sig om den amerikanske kemiker og fysiker Ray Davis, dennes mangeårige samarbejdspartner astrofysikeren John Bahcall og den italienskfødte teoretiker Bruno Pontecorvo. Bahcall havde teoretisk beregnet strømmen af neutrinoer fra Solens fusionsproces, og Davis arbejdede hele sit lange liv ( han blev 87 år) med at påvise hans beregning.
Han startede i 1948 et langvarigt megaeksperiment, der ad åre kom til at omfatte 400.000 liter rensevæske omgivet af følsomt måleudstyr lokaliseret i en gammel mine 1370 meter under jorden. Eksperimentet blev i årevis, trods diverse tilpasninger, kun ved at tælle cirka en tredjedel af de neutrinoer, der burde have været ifølge Bahcalls beregninger.
Problemet er, at neutrinoer svinger mellem tre forskellige tilstande eller flavours, som fysikerne beskriver det. Davis’ eksperiment kunne i udgangspunktet kun måle en af dem. Først i 2002 fik eksperimentet en afgørende justering, og Davis påviste, at Bahcalls tal passede. »Jeg har lyst til at danse, så glad er jeg,« er Bahcall citeret for at sige. Han havde nemlig i årevis været kendt som »fyren, der havde beregnet strømmen af neutrinoer fra Solen forkert«. Måling af neutrinostrømmen fra Solen er et følsomt termometer for processerne i Solens indre, skriver Close, derfor er det ret vigtigt at have styr på antallet. »Det er virkelig bemærkelsesværdigt,« skriver Close, »at Solens temperatur kan måles på baggrund af nogle lysglimt, der opfanges på bunden af en dyb mine.« Ifølge Close er den lidet kendte Bruno Pontecorvo spændende, fordi hans teorier om neutrinoer synes at ligge bag det komplicerede arbejde med at tælle Solens neutrinoer. Og han foregreb i grunden også de tre forskellige flavours. Men i et sammentræf af politik og partikelteori fik man ikke meget kendskab til hans arbejde, da han i 1950 hoppede af til USSR og udgav sine artikler på russisk.
INGEN fortælling om neutrinoer er komplet uden henvisning til en særlig interessant dato i neutrinoforskningen. Den 23. februar 1987 kl. 07.30 GMT blev Jorden nemlig bombarderet med nogle af de hundrede milliarder billioner billioner billioner billioner neutrinoer, der hidrørte fra en supernovaeksplosion langt uden for vores galakse 170.000 lysår borte. På to neutrinoobservatorier i USA og Japan registrerede man 19(!) af de neutrinoer, der passerede igennem Jorden ved den lejlighed. På baggrund af måling af deres energiindhold var det muligt at beregne alt muligt interessant, for eksempel supernovaens temperatur på 40 milliarder grader. Neutrinoforskningen lå temmelig stille mellem 1968 og 1988 – bortset fra Ray Davis’ arbejde – men der sker mangt og meget i dag. Man bruger store summer på at udtænke og bygge neutrinodetektorer i forskellige ufremkommelige lokaliteter.
Det gælder eksempelvis IceCube Neutrino Observatory under Antarktis, Lake Baikal Neutrino Telescope i Rusland og Super-Kamioka Nucleon Decay Experiments under Kamiokabjerget i de centrale Japan. De står blandt andet parat til at opfange en snert, et lysglimt eller et anstrøg af neutrinoer for at lukke op for flere af universets hemmeligheder.
Frank Close’ bog er langhåret og neutrinoer temmelig udfordrende. Men man risikerer ikke andet end at blive en my ( svarende til 1/1000 mm og i øvrigt også navnet på partiklen myon) klogere på hele det komplicerede felt.
Frank Close: »Neutrino«. Oxford University Press, december 2010.
Bragt i Weekendavisen den 6.5.2011.
