Neutrina

Neutrina to bardzo ciekawe cząstki elementarne. Mają bardzo małą masę, nie mają ładunku elektrycznego i bardzo słabo oddziałują z materią. Określenie “bardzo słabo” nie oddaje całkiem zachowania tych cząstek. Dla wiązki neutrin – pędzących zwykle z prędkością bliską prędkości światła – przejście przez planetę jest łatwiejsze niż dla światła przejście przez szybę.

Aby zaobserwować neutrino trzeba czekać aż uderzy ono w jądro atomu. Ponieważ jądra atomu są bardzo małe w porównaniu z orbitami elektronów (które zwykło przyjmować się za rozmiar atomu) prawdopodobieństwo takiego zdarzenia jest znikome. Dlatego też detektory neutrin mają zwykle postać basenów wypełnionych tysiącami ton wody, umieszczanych głęboko pod ziemią aby zniwelowć wpływ promieniowania kosmicznego. Baseny są otoczone czujnikami reagującymi na bardzo słabe błyski światła generowane przez neutrina uderzające w jądra atomów wody.

Mimo, że w każdej sekundzie przez każdy centymetr kwadratowy naszych ciał przelatuje 65 miliardów neutrin – pochodzących głównie z procesów zachodzących we wnętrzu Słońca – to błyski w detektorze można zwykle policzyć na palcach jednej ręki.

Neutrina występują w trzech odmianach: elektronowe, mionowe i taonowe. Co więcej, neutrina mogą zmieniać odmianę w “locie”, szczególnie gdy przechodzą przez materię. Odkrycie tej właściwości za jednym zamachem zmieniło fizykę oraz wyjaśniło zagadkę brakujących słonecznych neutrin. Przez dłuższy czas sądzono, że neutrina nie mają masy. Jednak gdyby tak było to nie mogłyby zmieniać odmian. Obecnie uznaje się neutrino za cząstkę z masą, chociać bardzo małą. Słoneczne neutrina to neutrina elektronowe produkowane wewnątrz Słońca. Wiadomo ile ich powinno być ale obserwacje wykazywały obecność tylko ich części. Okazuje się, że przechodząc przez wewnętrzne warstwy Słońca neutrina elektronowe zmieniają się w mionowe i taonowe, odmiany, których nie wykrywał detektor.

Badanie przemian neutrin ma istotne znaczenie nie tylko dla fizyki cząsteczkowej ale także dla kosmologii. W czasie Wielkiego Wybuchu powstało tyle samo materii jak i antymaterii. Jednak ich spotkanie nieuchronnie prowadzi do anihilacji – zamiany materii w energię. Dlaczego zatem nasz Wszechświat zamiast być wypełniony promieniowaniem gamma – powstałym po zderzeniu cząstki z antycząstką – zawiera w zdecydowanej większości zwykłą materię?

Kluczem do rozwiązania tej zagadki mogą być przemiany antyneutrin – czyli cząstki przeciwnej do neutrina. Antyneutrino, podobnie jak neutrino, występuje w trzech odmianach. Ono również potrafi zmieniać postać ale okazuje się, że nie robi tego tak samo jak neutrino. Ta asymetria powoduje, że powstają różne liczby antyneutrin elektronowych i neutrin elektronowych (a także mionowych i taonowych). Zaburzona zostaje równowaga cząstka-antycząstka i w efekcie zamiast całkowitej anihilacji – zostaje nam trochę materii. Na definitywną odpowiedź musimy jednak jeszcze poczekać gdyż japońskie laboratorium w Tokai prowadzące doświadczenie nad przemianami neutrin zostało uszkodzone podczas trzęsienia ziemi i musiało przerwać eksperyment. Przez kilka miesięcy zaobserwowano sześć przemian co stanowi 2% oczekiwanych przemian w całym eksperymencie.

Fascynujące jest, że właściwości tak nieuchwytnej cząstki, prawie nie oddziałującej z materią, mogą zadecydować o losie całego Wszechświata.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *


*