Přeměna neutrin zaregistrována

2. červen 2010 | 06.00 |

Neutrino je elementární částice ze skupiny leptonů. Vzniká při jaderných reakcích, které zahrnují beta rozpad. Poprvé je předpověděl roku 1931 Wolfgang Pauli, kdy vysvětlil beta rozpad neutronu na proton a elektron. Pauli předpověděl vznik tehdy nedetekovatelné částice a trvalo 25 let od vyslovení hypotézy o jejich existenci k jejímu experimentálnímu ověření v roce 1956. Název neutrino vymyslel Enrico Fermi, autor první teorie popisující chování neutrin. Jedná se o slovní hříčku, kdy v italštině znamená neutrone, název pro neutron, velký a neutrální, kdežto neutrino malý a neutrální.  Od roku 1962 se ví o třech typech neutrin: elektronové neutrino νe, mionové neutrino νμ a tauonové neutrino ντ, pojmenované podle jim odpovídajícím leptonům ve standardním modelu, což bylo roku 2007 ve Fermiho laboratoři experimentálně potvrzeno.

Neutrina jsou velmi záhadné a těžko zachytitelné částice. Přesto se o nich už zjistilo mnoho zajímavého. Kvůli svému spinu patří mezi fermiony. Jejich hmotnost je podle posledních experimentů zřejmě nenulová, nemají elektrický náboj a nepůsobí na ně ani silná ani elektromagnetická interakce, ale jen slabá interakce a velmi slabě také gravitace.

Zachytávání neutrin patří dnes mezi velmi oblíbené zábavy vědců, kteří se je snaží zachytit v gigantických detektorech umístěných pod povrchem země. Každé zachycení neutronu v detektoru je velmi vzácné a ještě vzácnější je zachycení přeměny jednoho neutrina v neutrino jiné. A to se právě v uplynulých dnech podařilo.

Pokud třeba vznikne elektronové neutrino, pak je možné je v nějaké vzdálenosti detekovat jako mionové. Pravděpodobnosti, se kterými zaznamenáme neutrino, které vzniklo jako elektronové, v podobě elektronového nebo mionového, závisí na vzdálenosti mezi zdrojem neutrin a detektorem i na energii neutrina. Až do letošního roku nebyla přímo pozorována přeměna mionových neutrin na tauonová.

V experimentu CNGS vytváří čistý svazek mionových neutrin urychlovač v laboratoři CERN. Protony urychlené na rychlosti blízké rychlosti světla se srážejí s jádry terče a produkuje se tak velké množství mezonů pí. Pomocí magnetického pole namíří ty nabité částice správným směrem a během letu dlouhým tunelem se pak rozpadají za vzniku mionu a mionového neutrina. Zbývající nabité mezony a protony se absorbují na konci tunelu a miony jsou pohlceny vrstvou země, kterou však neutrina bez problému prolétají. Neutrinový svazek je vyslán k přesně zaměřenému 732 km vzdálenému detektoru OPERA v podzemní laboratoři Gran Sasso v Itálii, kde  se objeví asi za 2,4 ms.

Detektor neutrin OPERA je složen ze 150 000 bloků tvořených sendvičem z olova a fotografické emulze o celkové hmotnosti 1250 tun. Olovo se používá jako terč pro interakci neutrina a fotografická emulze slouží ke zviditelnění produktů této reakce. Celý systém je doplněn elektronickými detektory. Při reakcích mionových neutrin vznikají miony a při reakcích tauonových neutrin tauony. Detekce vzniku a rozpadu tauonu je známkou přítomností tauonového neutrina. Tauon má dobu života 0,3 ps. Pokud by takovou dobu letěl třeba i rychlostí světla, urazil by dráhu ne více než 90 mikrometrů. Pro detekci vzniku a rozpadu tauonu slouží detektor OPERA s velmi dobrým prostorovým rozlišením.

Neutrina z CERNu do Gran Sasso se začala posílat v roce 2006, ale konstrukce detektorového systému OPERA byla zcela dokončena až v roce 2008. Teprve 31. května letošního roku bylo zachyceno první tauonové neutrino. V následujících měsících budou zřejmě zaznamenána další a s růstem intenzity svazku mionových neutrin poroste i počet zaznamenaných neutrin tauonových. Přesný poměr mezi zaznamenanými mionovými a tauonovými neutriny může přinést mnoho podstatných informací o jejich oscilacích.

Podle Vladimíra Wagnera

Zpět na hlavní stranu blogu

Hodnocení

1 · 2 · 3 · 4 · 5
známka: 1 (1x)
známkování jako ve škole: 1 = nejlepší, 5 = nejhorší

Komentáře