Fyysikot ovat lähempänä kuin koskaan vastaamassa universumin alkuperän perimmäisiin kysymyksiin tutkimalla sen pienimpiä hiukkasia: neutriinoja.

Näiden lähes massattomien hiukkasten tutkimus voi mullistaa käsityksemme fysiikan perusteista ja auttaa selvittämään, miksi universumissa on enemmän ainetta kuin antiaineita, kertoo SciTech Daily.

Neutriinojen arvoitus

Neutriinot ovat kaikkein runsaimmin esiintyviä massallisia hiukkasia universumissa, ja ne liikkuvat lähes valon nopeudella läpäisten kaiken esteettä. Ne voivat vaihtaa "makuaan" – eli muuttua kolmen tunnetun tyypin välillä – mikä tekee niistä tutkimuksen kohteena erityisen kiehtovia.

Uusimpien kokeiden mukaan voi kuitenkin olla olemassa neljäs, tähän asti tuntematon neutriinotyyppi: niin sanottu steriili neutriino, joka ei ole vuorovaikutuksessa muiden hiukkasvoimien kanssa.

Syvälle maan alle

Yksi kunnianhimoisimmista neutriinotutkimuksista on DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment), joka tapahtuu Yhdysvaltain Fermilab-laboratorion johdolla. Kokeessa syvä maan alle, entiseen kultakaivokseen Etelä-Dakotassa, on rakennettu neutriinoilmaisimia.

Kokeen tarkoituksena on ampua korkeaenerginen neutriinosäde 1300 kilometrin matkalle maan läpi Illinoisista Etelä-Dakotaan. Näin pyritään eristämään neutriinojen vaihtumiseen liittyviä mekanismeja ja mahdollisesti löytämään steriili neutriino.

Neutriinojen ja olemassaolon mysteeri

Neutriinotutkimuksella on potentiaalia vastata syviin kysymyksiin aineen ja antiaineen epäsuhdasta, joka on edelleen ratkaisematon mysteeri.

Alkuräjähdyksellä oletetaan syntyneen yhtä paljon ainetta ja antiainetta, mutta jostain syystä universumi koostuu lähes yksinomaan aineesta. Tämä epätasapaino voi olla avain olemassaoloomme.

"Kysymykset, joihin pyrimme vastaamaan, ovat perustavanlaatuisia", kertoo SciTech Dailylle DUNE-projektissa mukana oleva professori Alexandre Sousa Cincinnatin yliopistosta. "Ymmärtääksemme, miksi olemme täällä, meidän on ymmärrettävä neutriinoja."

Hyper-Kamiokande ja tulevat mahdollisuudet

Toinen merkittävä neutriinoprojekti on Japanissa rakennettava Hyper-Kamiokande (Hyper-K), jonka odotetaan aloittavan toimintansa jo vuonna 2027. Tämä observatorio tutkii neutriinojen ominaisuuksia ja niiden roolia universumin kehityksessä. Yhdessä DUNE:n kanssa nämä kaksi projektia lupaavat mullistaa tietämyksemme hiukkasfysiikasta.

Tutkimus etenee 2030-luvulle

DUNE ja Hyper-K ovat osa miljardiluokan kansainvälisiä hankkeita, joiden tavoitteena on ratkaista aineen ja antiaineen epäsuhdan arvoitus sekä avata uusia näkökulmia fysiikan peruskysymyksiin. Vaikka tutkimus tuo vastauksia, se saattaa myös herättää uusia kysymyksiä.

"2030-luvulla meillä on todennäköisesti vastauksia joihinkin näistä perimmäisistä kysymyksistä", Sousa toteaa.

"Sen jälkeen voinkin alkaa miettiä eläkkeelle jäämistä", hän lisää pilke silmäkulmassa.