Varje sekund varje dag bombarderas du av biljoner på biljoner subatomära partiklar och duschar ner från djupet i rymden. De blåser genom dig med styrkan av en kosmisk orkan och sprängs in i nästan ljusets hastighet. De kommer från hela himlen, hela tiden på dagen och natten. De penetrerar jordens magnetfält och vår skyddande atmosfär som så mycket smör.
Och ändå, håret på toppen av ditt huvud är inte ens ruffled.
Vad är det som händer?
Liten neutral
Dessa små små kulor kallas neutrino, en term som myntades 1934 av den lysande fysikern Enrico Fermi. Ordet är vagt italienska för "liten neutral", och deras existens antogs för att förklara en mycket nyfiken kärnreaktion.
Ibland känns element lite ... instabila. Och om de lämnas ensamma för länge, faller de isär och förvandlar sig till något annat, något lite lättare på det periodiska bordet. Dessutom skulle en liten elektron dyka ut. Men på 1920-talet fann noggranna och detaljerade observationer av dessa förfall små, fnissiga avvikelser. Den totala energin i början av processen var lite större än den energi som kom ut. Matte lade inte upp. Udda.
Så några fysiker kokade en helt ny partikel av hela tyget. Något för att ta bort den saknade energin. Något litet, något lätt, något utan laddning. Något som kunde glida genom deras detektorer obemärkt.
En liten, neutral. En neutrino.
Det tog ytterligare ett par decennier att bekräfta deras existens - det är så hala och blöta och smyga de är. Men 1956 anslöt sig neutrino till den växande familjen av kända, uppmätta, bekräftade partiklar.
Och sedan blev saker konstiga.
Favorit smak
Problemet började brygga med upptäckten av muon, som tillfället inträffade ungefär samtidigt som neutrino-idén började få mark: 1930-talet. Muon är nästan exakt som en elektron. Samma laddning. Samma snurr. Men det är annorlunda på ett avgörande sätt: Det är tyngre, över 200 gånger mer massivt än syskon, elektron.
Muons deltar i sina egna särskilda reaktioner, men tenderar inte att hålla länge. På grund av deras imponerande bulk, de är mycket instabila och försvinner snabbt till duschar med mindre bitar ("snabbt" här betyder inom ett mikrosekund eller två).
Det är allt bra och bra, så varför bildar muoner sig i neutrinoberättelsen?
Fysiker noterade att sönderfallsreaktioner som antydde att neutrino existerade alltid hade en elektron som sprang ut och aldrig en muon. I andra reaktioner skulle muoner dyka ut och inte elektroner. För att förklara dessa resultat resonerade de att neutrinoer alltid matchade med elektroner i dessa sönderfallsreaktioner (och inte någon annan typ av neutrino), medan elektron, muon måste para ihop med en ännu oupptäckt typ neutrino ... Trots allt, elektron -vänlig neutrino skulle inte kunna förklara observationerna från muonhändelserna.
Och så fortsatte jakten. Och igen. Och igen. Det var inte förrän 1962 som fysiker äntligen fick ett lås på den andra typen av neutrino. Det kallades ursprungligen "neutretton", men mer rationella huvuden rådde med systemet att kalla det muon-neutrino, eftersom det alltid parade sig själv i reaktioner med muon.
The Way of the Tao
Okej, så två bekräftade neutrino. Hade naturen mer för oss? 1975 siktade forskare vid Stanford Linear Accelerator Center modigt genom bergen av monoton data för att avslöja förekomsten av ett ännu tyngre syskon till den fina elektron och den starka muonen: den hållande tau, som klockade in till en enorm 3.500 gånger elektronens massa . Det är en stor partikel!
Så omedelbart blev frågan: Om det finns en familj med tre partiklar, elektron, muon och tau ... kan det finnas en tredje neutrino, för att para ihop med denna nyfundna varelse?
Kanske kanske inte. Kanske finns det bara de två neutrinoerna. Kanske finns det fyra. Kanske 17. Naturen har inte exakt uppfyllt våra förväntningar tidigare, så ingen anledning att börja nu.
Efter att ha hoppat över många otäcka detaljer, under årtionden, övertygade fysiker sig med olika experiment och observationer att en tredje neutrino borde existera. Men det var inte förrän kanten av årtusendet, 2000, att ett specifikt utformat experiment på Fermilab (kallat humoristiskt DONUT-experimentet, för direkt observation av NU Tau, och nej, det gör jag inte) slutligen fick tillräckligt bekräftade observationer för att med rätta kräva en upptäckt.
Jagar spöken
Så varför bryr vi oss så mycket om neutrino? Varför har vi jagat dem i över 70 år, från före andra världskriget till modern tid? Varför har generationer av forskare varit så fascinerade av dessa små, neutrala?
Anledningen är att neutrinoer fortsätter att leva utanför våra förväntningar. Under en lång tid var vi inte ens säker på att de fanns. Under lång tid var vi övertygade om att de var helt masslösa, tills experiment irriterande upptäckte att de måste ha massa. Exakt "hur mycket" återstår ett modernt problem. Och neutrino har denna irriterande vana att byta karaktär när de reser. Det stämmer, när en neutrino reser under flygning kan den byta masker mellan de tre smakerna.
Det kan till och med fortfarande finnas en extra neutrino där ute som inte deltar i några vanliga interaktioner - något som kallas den sterila neutrinoen, som fysiker jaga hungrigt efter.
Med andra ord, neutrinoer utmanar ständigt allt vi vet om fysik. Och om det finns en sak vi behöver, både i det förflutna och i framtiden, är det en bra utmaning.
Paul M. Sutter är en astrofysiker på Ohio State University, värd av Fråga en Spaceman och Space Radio, och författare till Din plats i universum.
