Nobel z fizyki: Za badanie neutrin
Nagrodę otrzymało dwóch fizyków, Japończyk Takaaki Kajito i Kanadyjczyk Arthur B. Mc Donald, dzięki którym udało się odkryć tzw. oscylacje neutrin i dowieść, że te fundamentalne cząstki materii mają masę.
Karolina Żelazińska/Polityka

Obserwatorium Ice Cube na Biegunie Południowym, w którym w 2103 r. odkryto neutrina kosmiczne o energii przekraczającej biliard elektronowoltów.
AN

Obserwatorium Ice Cube na Biegunie Południowym, w którym w 2103 r. odkryto neutrina kosmiczne o energii przekraczającej biliard elektronowoltów.

Neutrina to jedne z najniezwyklejszych i najbardziej tajemniczych cząstek elementarnych materii. Ich istnienie teoretycznie przewidział słynny szwajcarski fizyk Wolfgang Pauli w 1930 r., analizując promieniotwórczy rozpad beta. Stwierdził, że energia obserwowanych cząstek produkowanych w takich rozpadach jest zbyt mała i zasugerował istnienie nowej, nieobserwowanej wcześniej cząstki. Nazwano ją neutrinem, co po włosku jest zdrobnieniem słowa neutron.

Neutrina mają zerowy ładunek elektryczny i bardzo małą masę, choć dokładnie nie wiadomo, jak małą. Poza tym bardzo słabo oddziałują z materią. Nie biorą udziału w oddziaływaniach elektromagnetycznych, silnych, ale w oddziaływaniach słabych (rozpad beta) i grawitacyjnych. Bardzo trudno je wykryć.

Gdybyśmy chcieli zatrzymać neutrina, które docierają do nas z różnych źródeł, musielibyśmy dysponować ścianą o grubości wielu lat świetlnych. Neutrina wciąż przelatują przez wszystko w ogromnych ilościach, jednak szansa na to, że jakieś zderzy się z atomem materii, która nas otacza i z której sami się składamy, jest niezwykle mała. Na szczęście jest ich mnóstwo i co jakiś czas jedno z nich dozna jednak zderzenia, a to wytwarza inne cząstki, które możemy zobaczyć.

Istnieją trzy rodzaje neutrin: neutrina elektronowe, mionowe i taonowe. Odróżniają je oddziaływania, jakim podlegają, oraz cząstki, które w wyniku tych oddziaływań są produkowane. Uczeni – fizycy i astrofizycy – bardzo się nimi interesują z tej racji, że neutrina są niczym niezaburzane na swojej drodze. Ponieważ oddziałują bardzo słabo i nie podlegają siłom elektromagnetycznym, niosą czystą informację o swoim pochodzeniu. To ważne, ponieważ otwiera przed nauką (już w zasadzie otworzyło) nowe okno obserwacyjne – neutrinowe właśnie.

Ważnym naturalnym źródłem neutrin jest Słońce, ponieważ zachodzą w nim reakcje jądrowe, a w ich wyniku powstaje wiele cząstek, w tym właśnie neutrina. Neutrina słoneczne mają stosunkowo niską energię, rzędu megaelektronowoltów, ale są produkowane bez przerwy.

Kolejnym źródłem jest atmosfera, w którą uderzają rozpędzone bardzo cząstki promieniowania kosmicznego, głównie protony docierające do nas z wielu różnych miejsc w kosmosie. Protony te zderzają się z atomami atmosfery i powodują powstanie kaskad różnych cząstek, w tym dość energetycznych neutrin, rzędu gigaelektronowoltów.

Poza tym sama Ziemia może produkować neutrina w wyniku rozpadu promieniotwórczego jej niektórych pierwiastków. Wreszcie istnieją też neutrina otrzymywane sztucznie w akceleratorach.

Najwięcej przyniosło badaczom analizowanie neutrin atmosferycznych, ponieważ to dzięki nim zespół pracujący nad neutrinami w Japonii (eksperyment Super-Kamiokande) odkrył tzw. oscylacje neutrin. A to pozwoliło ustalić, że neutrina mają jednak masę, choć jest ona niezwykle mała. Wcześniej uznawano neutrina za bezmasowe.

Co to znaczy, że neutrina oscylują? Ogólnie rzecz biorąc to, że zamieniają się miejscami podczas lotu. Jeden rodzaj neutrin może się zmienić w inny, na przykład neutrina mionowe mogą się stać elektronowymi, podobnie taonowe. Fizycy mówią wówczas, że cząstki te zmieniają swoje zapachy. Przełomowe badania z Super-Kamiokande w Japonii przeprowadził zespół Takaaki Kajito w 1988 r. Nieco później zespół badaczy z Sudbury Neutrino Observatory w Kanadzie, kierowany przez Arthuta M. McDonalda, potwierdził fakt oscylacji dla neutrin słonecznych.

Za te przełomowe badania Komitet Noblowski nagrodził ich dzisiaj najważniejszym naukowym laurem.

Czytaj także

Aktualności, komentarze

W nowej POLITYCE

Zobacz pełny spis treści »

Poleć stronę

Zamknij
Facebook Twitter Google+ Wykop Poleć Skomentuj