אם מייטנר היא הדמות העצובה של הפרשה, פרמי הוא הדמות המפתיעה. מבחינות רבות הוא הפיזיקאי האחרון שאפשר היה לצפות כי יולך שולל על ידי הקונצפציה של “שביל כלבי הציד”, ותעיד על כך פרשת הנֵיטרינו. חלקיק זה נולד בדמיונו של וולפגנג פאולי ב־1930, בעקבות משבר עמוק שהתגלע בפיזיקה: סך כל האנרגיה שקיבלו הפיזיקאים מהתפרקות רדיואקטיבית בתהליך ביתא (תהליך שבו הניטרון בגרעין האטום הופך לפרוטון על ידי פליטת אלקטרון וניטרינו) היה קטן מהחזוי. המצב היה כל כך מביך, עד כי נילס בוהר הציע לפטור מקרה ספציפי זה מציות לחוקי שימור האנרגיה והמומנטום. פאולי מחה. הוא הציע לחלץ את הפיזיקה מהמשבר בעזרת חלקיק תאורטי, בלתי נראה, הנפלט מהגרעין יחד עם האלקטרון. על פי חישוביו, חלקיק זה היה אמור להיות נטול מסה ומטען חשמלי, ולפיכך סמוי למכשירים (מאחר שאינו מגיב לחומר). אבל נוכחותו בתהליך ביתא איפשרה להחזיר את האיזון המיוחל למשוואת האנרגיה. יש לזכור שמודל האטום באותה עת כלל רק את הפרוטון והאלקטרון (הניטרון התגלה על ידי ג’יימס צ’דוויק כעבור שנתיים). פאולי נזקק אפוא למנה גדושה של חוצפה מדעית כדי להכריז על קיומו של חלקיק חדש בעל תכונות אקסצנטריות כל כך. לאון לדרמן, שב־1988 עתיד היה לקבל פרס נובל לפיזיקה על גילוי הניטרינו של המואון (אחד משלושת בני הלוויה של משפחת הלפטונים), היטיב לתמצת את חוסר הנחת מאופיו התימהוני של הניטרינו. חלקיק שאינו יוצר שום ריאקציה עם חומר אחר, אמר, לא ניתן לגלותו; הוא יהיה פיקציה. פאולי היה מודע היטב לטבע הרפאים של הניטרינו. במכתב ששלח לאחד מידידיו, כתב: “עשיתי מעשה נורא. המצאתי חלקיק שלא ניתן לגלותו”.

ואמנם, קמה חזית רחבה של פיזיקאים, שראו בחלקיק המדומה תופעה לא ראויה בעולמה של הפיזיקה. אבל היה גם קול אחר, קולו של הפיזיקאי אנריקו פרמי. ב־1934 הוא אימץ את החלקיק התאורטי של פאולי, ושילב אותו בנוסחה הסופית של התפרקות ביתא בגרעין האטום. הוא תיאר את החלקיק החדש כניטרלי מבחינה חשמלית, קטן יותר מהניטרון, ועל כן כינה אותו ניטרינו, כלומר הזעיר הניטרלי. כתב העת המדעי היוקרתי Nature דחה את מאמרו של פרמי בטענה שהוא ספקולטיבי מדי, והוא פורסם בעיתון איטלקי קטן ובלתי מוכר. בסופו של דבר אימצו הפיזיקאים את הניטרינו, בעיקר משום שנוכחותו השלימה להפליא את פרשנותו של פרמי לתהליך התפרקות ביתא. למעשה, התאוריה של פרמי סיפקה את ההסבר לכוח הגרעיני החלש, עד שהוחלפה ב־1967 במודל של גלאשו, ויינברג וסלאם, שאיחד את הכוח האלקטרומגנטי עם הכוח הגרעיני החלש לכוח אחד: הכוח האלקטרו־חלש. גם במקרה זה ניבאה התאוריה את המסה והאנרגיה של חלקיקים תאורטיים, האמורים לשאת את הכוח החדש, 16 שנה לפני שהתגלו בפועל. ב־1979 זכו גלאשו, ויינברג וסלאם בפרס נובל לפיזיקה על התאוריה המבריקה שניסחו, אף כי חלקיקי הכוח החלש היו עתידים להתגלות במאיץ החלקיקים האירופי צרן (CERN) שבז’נבה רק כעבור ארבע שנים. הניטרינו ניצח, והוא החלקיק היחיד שחובר לו חמשיר, “חוצפה קוסמית”, פרי עטו של ג’ון אפדייק:

הניטרינו, חלקיק כה קטנטן,

אין לו מסה ואף לא מטען,

לפעולות הגומלין הוא אינו שותף;

את הארץ כולה מבתר הוא ביעף

כאילו היתה סתם כדור שאנן.

נכונותנו לקבל קיומם של חלקיקים תאורטיים עוד טרם גילויָם בפועל היא תופעה מעניינת, המעידה על משקלה המכריע של התאוריה בתהליך המדעי, ובמיוחד על היחסים המורכבים השוררים בין עובדות לתאוריות, שהרי אנו מסרבים לא אחת להכיר כבעובדה גם בדברים שאנו רואים במו עינינו. נכונות זו חלה לא רק על הניטרינו, כי אם גם על האנטי־חומר. ב־1927 פירסם פיזיקאי צעיר, פול דיראק, משוואה המתארת את התנהגות האלקטרון. הבעיה היתה שלמשוואה היו שני פתרונות: האחד תיאר את האלקטרון המוכר, בעל המטען החשמלי השלילי, והשני הציג חלקיק תאום, אבל בעל מטען חשמלי חיובי. דיראק החליט לדבוק במשוואתו ובאנטי־אלקטרון (פוזיטרון) שגזר ממנה. חמש שנים לאחר השערתו המפתיעה התגלה הפוזיטרון. לאנטי־פרוטון ציפתה המתנה ארוכה יותר. הוא התגלה 27 שנה אחרי הפוזיטרון, ורק ב־1987 הוא נלכד בפועל. המתנה דומה עברה על הניטרינו. 26 שנה אחרי לידתו בדמיונו של וולפגנג פאולי, זיהו הפיזיקאים ריינס וקואן (Reines and Cowan) ב־1956 את עקבותיו של החלקיק החמקמק בכור גרעיני שבדרום קרולינה. הם שיגרו מברק לפאולי, ששהה במאיץ החלקיקים שבצרן: אנו שמחים להודיעך כי זיהינו סופית את הניטרינו. פאולי הגיב בו בלילה: תודה על הידיעה. הדברים הטובים קורים למאריכי רוח. ריינס זכה ב־1995 בפרס נובל לפיזיקה על גילוי הניטרינו.

האירוניה היא שמה שהתחיל כחלקיק דמיוני לחלוטין נעשה במרוצת הזמן אבן הראשה של המציאות החומרית. לניטרינו יש כיום שלושה נציגים במודל הסטנדרטי של החלקיקים הפיזיקליים, המשקף את כל החומר המוכר לנו באמצעות 12 חלקיקים וארבעה כוחות יסודיים. הניטרינו הוא גורם מרכזי בהיווצרות הפרוטונים, שהם אבני הבניין העיקריות של החומר הגלוי ביקום, וממלא תפקיד מרכזי גם בתהליכי הבעירה הגרעינית בכוכבים. ללא הניטרינים, כוכבים מסיביים לא היו מתפוצצים כסופרנובות, ורבים מן החומרים הבונים את חיינו לא היו נוצרים. יתר על כן, זה עשרים שנה תולים הקוסמולוגים בחלקיק זה, נטול המסה לכאורה, את תקוותם לפענוח אחת התעלומות הגדולות בטבע: תעלומת המסה החסרה ביקום.

כבר בשנות השלושים המוקדמות של המאה הקודמת הגיע האסטרונום פריץ צוויקי למסקנה שחלק ממסת החומר ביקום נסתר מעינינו. הוא עקב אחרי צביר קטן של שבע גלקסיות¹, ועמד על כך שמהירות התנועה ההיקפית של הגלקסיות החיצוניות היתה צריכה לקרוע אותן מהצביר בגין הכוח הצנטריפוגלי. העובדה שזה לא קורה עשויה להעיד על קיומה של מסה חבויה, הקושרת באמצעות כוח הכבידה שלה את הגלקסיות לצבירים ואת הכוכבים לגלקסיות. השערתו של צוויקי היתה כה מפתיעה, עד כי הקהילה האסטרונומית התעלמה ממנה במשך עשרות שנים, מה גם שמסקנותיו הסתמכו על קירובים גסים למדי. אבל שאלת המסה החסרה סירבה להיעלם. לא בכדי, שכן היא מחזיקה בידה את המפתח לעתיד היקום. בכוחה לפסוק בשאלה אם אנחנו חיים בעולם שיתפשט עד קץ כל הימים או ביקום שתנועתו תיעצר בעוד כמה עשרות מיליארדי שנים, ואז ישוב על עקבותיו ויימעך בנקודה המיקרוסקופית של מפץ גדול נוסף. אישוש סופי לקיומה של מסה אפלה נמצא בסוף שנות השישים, בעקבות מדידותיה השיטתיות והפרטניות של ורה רובין, ממכון קרנגי שבוושינגטון.

מוסכם היום שכמות החומר האפל שקולה ל־23 אחוז ממסת היקום, אולם טיבו של חומר זה נותר חידה. במהלך השנים הועלו שמותיהם של מועמדים שונים. בין השאר הוצעו חלקיקים הנעים במהירות האור (אקסיונים), חלקיקים בעלי קוטב מגנטי יחיד (מונופולים), WIMPS, MACHO² ו"חורים שחורים". מבין המועמדים הרבים בלטו הניטרינים, אשר בגין קיומם המוכח ומספרם העצום במרחבים הבין־גלקטיים, די שתהיה להם מסה זעירה ביותר, קטנה פי מיליון מזו של האלקטרון (החלקיק האלמנטרי הקל ביותר), כדי לפתור חלק נכבד מבעיית המסה החסרה ביקום. הבעיה היתה שהניטרינו אמור להיות נטול מסה. את המוצא מדילמה זו סיפקה השמש.

על פי חישובים תאורטיים של תהליכי הבעירה הגרעינית בשמש, היינו אמורים לספוג מנה כפולה של ניטרינים מכפי שנרשמו על פני כדור הארץ בעשרים השנים האחרונות. מסקנה: התאוריה שגויה או שאיננו מבינים לאשורם את התהליכים המתחוללים בשמש ובכוכבים. קיימת גם אפשרות שלישית. מתאוריית החלקיקים האלמנטריים נובע שכל אחד משלושת הבנים במשפחת הלפטונים (האלקטרון, המואון והטאו), הנבדלים זה מזה במסותיהם, מלווה בניטרינו חסר מסה ובמטען חשמלי. אבל אם חלק מהניטרינים האלה משנה את זהותו בדרכו מהאטמוספרה לכדור הארץ (הניטרינו של המואון הופך לניטרינו של הטאו), אזי על פי תורת הקוואנטים התמרה זו יכולה להתאפשר רק אם יש לניטרינים מסה.

ואכן, בקיץ 1998 נערך ביפן ניסוי בגלאי־על בקאמיוקנדה, וכעבור ארבע שנים בקנדה. הניסויים הראו שחלק מהניטרינים של האלקטרון עוברים התמרה לניטרינים של מואון ושל טאו. מה שהיה אך לפני עשר שנים ספקולציה גרידא קיבל מעמד של אחת התגליות המדעיות החשובות בפיזיקה של המאה העשרים. אמנם המסה של ניטרינים מותמרים אלה זניחה מאוד, עד פי מיליון מהמסה של האלקטרון, אבל מאחר שיש כמיליארד ניטרינים בכל מטר מעוקב של מרחב, די במסה זעירה זו כדי להשוות את תרומתם הכוללת למסה של היקום לתרומתן של כל הגלקסיות הנצפות.

גילוי הניטרינים המסיביים חילץ מהקוסמולוגים אנחת רווחה, אבל נלוותה לו מועקה לא קלה. אם לניטרינו יש מסה, אזי משהו לקוי במודל המרכזי של מבנה החומר (המודל הסטנדרטי), המתאר את שיעורי המסות ואת זיקות הגומלין בין חלקיקי החומר האלמנטריים והכוחות הפועלים ביניהם (למעט כוח הכבידה). שכן על פי המודל הסטנדרטי, הניטרינו חייב להיות נטול מסה. משמעות הדבר, אומר חתן פרס נובל לפיזיקה לשנת 1979, שלדון גלאשו, שצריך להכניס שינויים במודל הסטנדרטי, אבל הכנסתם עלולה להפר את הסימטריה בין שתי המשפחות הגדולות של החלקיקים: הלפטונים והקווארקים.

מה שנראה בסוף המאה התשע־עשרה כקץ הפיזיקה היה, אם כן, מסלול המראה למערך שלם של תובנות ותגליות חדשות, שהגיעו לשיאן בשלוש תורות מהפכניות: תורת היחסות המצומצמת (1905), שהציבה את תנועת האור כמהירות עליונה ומוחלטת בטבע והפכה את מושגי המרחב, הזמן והבו־זמניות ליחסיים; תורת היחסות הכללית (1915), שהציגה את כוח הכבידה כפועל יוצא של גאומטריית המרחב ולא כתכונה פנימית של החומר; מכניקת הקוואנטים (1925), שחשפה את אי־הוודאות המובנית בטבע והעניקה למקריות מעמד של חוק בעולם התת־אטומי. אינשטיין מילא תפקיד מרכזי בשלוש מהפכות אלה. שתי הראשונות נשאו אותו על כנפי התהילה. השלישית פסחה עליו, כי הוא סירב להפנים את משמעויותיה של המציאות הקוואנטית, שהוא נמנה עם האבות המייסדים שלה. מהפכה זו הותירה אותו בסוף ימיו בודד, דמות אנכרוניסטית על סף הפתטיות.