Chytili jste si už vlastní sluneční neutrino?

6. březen 2009 | 06.00 |

Neutrina jsou elementární částice s velmi malou hmotností a nulovým elektrickým nábojem. Jejich existence byla předpovězena už v roce 1931. Při termonukleárních reakcích uvnitř Slunce jsou produkována v obrovských množstvích, ale protože téměř nereagují s žádnou hmotou, je velmi obtížné je zachytit. Díky této vlastnosti se však dostanou ze středu Slunce na jeho povrch nepozměněné a mohou pokračovat do okolního vesmíru. Z každých 2 miliard neutrin vzniklých uvnitř Slunce je při cestě na povrch zachyceno pouze jediné.

Naše planeta stejně jako ostatní tělesa v okolí Slunce jsou těmito částicemi neustále "bombardována". Zemí procházejí neutrina velmi snadno. Vystřihneme-li z tvrdého papíru čtvereček o straně 1 cm2 a budeme-li ho držet kolmo na směr ke Slunci, pak jím každou sekundu prolétne na 66 miliard slunečních neutrin, ať je Slunce nad nebo pod obzorem.

Lidským tělem za celý život projde 1024 neutrin, ale pouze jedno nebo dvě se v něm zachytí.

Jejich detekování je tedy velmi obtížné. Vůbec poprvé se jejich existenci podařilo experimentálně prokázat v roce 1956. Pro jejich zaznamenání používají vědci zvláštní přístroje, kterým se říká detektory neutrin. Obvykle jsou to obrovské "nádoby", které obsahují velké množství detekční látky.

Některé atomy však přece jen neutrino čas od času zachytí. Příklad zachycení poskytují atomy izotopu chloru 37Cl, které velmi vzácně neutrino zachytí v jádře. Chlor se pak změní na izotop argonu 37Ar a vypustí přitom pozitron.

Chlorový experiment založený právě na této reakci připravil astrofyzikům mnoho starostí. Chlorové atomy ve sloučenině perchloretylen (C2Cl4) byly od konce padesátých let minulého století vystavovány slunečním neutrinům ve velké nádrži. Perchloretylen, který se používá k čištění oděvů, byl Raymondem Davisem z Marylandské univerzity umístěn v množství asi 390 000 litrů do asi 1500 metrů hlubokého opuštěného zlatého dolu. Tam byla tato látka bezpečně ukryta před kosmickým zářením. Neutrony a další částice vzniklé z přirozené radioaktivity hornin pohlcovala silná vrstva vody obklopující perchloretylenovou nádrž.Chlorové atomy mají však tu nevýhodu, že reagují jen na neutrina poměrně vysokých energií, která vznikají pouze při rozpadu atomu bóru v jedné z méně významných reakcí proton-protonového řetězce syntézy probíhající na Slunci. Méně energetická neutrina, jichž za zlomek sekundy projdou stamiliardy, míjejí chlorové atomy bez povšimnutí. Počítačové modely dnešního Slunce nám umožňují stanovit tok slunečních neutrin s energiemi nutnými pro zachycení chlorem a předpovědět podle vlastností atomu chloru i počet argonových atomů, které by v nádrži za určitý čas měly vzniknout. Podle výpočtu se očekávalo zachycení mnohem více neutrin než se skutečně naměřilo. Ze 42 cyklů měření se místo 5,6 SNU naměřilo pouze 1,3 SNU. (SNU (Solar Neutrino Unit) odpovídá zachycení jednoho neutrina za sekundu v nádrži s 1036 chlorových atomů.). Ze Slunce skutečně přichází méně neutrin než očekáváme.

Další metodou detekce neutrin je reakce neutrina s molybdenovou rudou. Izotop molybdenu 98Mo občas zachytí sluneční neutrino, změní se přitom na atom technecia 98Tc a vyletí z něj pozitron a v elektronovém obalu ubude jeden elektron. Zatímco v chlorovém experimentu se vzniklý argonový atom rozpadá v průměru za 35 dnů, izotop technecia přetrvává 6 miliónů let. Pokud se tedy změří zastoupení technecia v molybdenové rudě, snadno by se určilo, kolik rozpadů za sekundu můžeme očekávat. Právě tolik atomů technecia za tuto dobu "vyrobí" sluneční neutrina. Ze zastoupení technecia to dovoluje určit hustotu proudu slunečních neutrin. Bohužel i molybden reaguje na vysokoenergetická neutrina. Aby bylo možné atomy technecia v molybdenové rudě  spolehlivě spočítat, bylo třeba zanalyzovat 2600 tun rudy. Obsahovala 13 tun molybdenitu a v nich se očekávalo asi 10 milionů atomů technecia.

Dalším projektem na měření neutrin byl experiment Gallex. Podařilo se shromáždit 30 tun a umístit ho ve formě roztoku galliumchloridu do 35 nádrží ve vedlejším prostoru dálničního tunelu Gran Sasso v Abruzách v tálii. Nádrže jsou umístěny pod skalním masivem silným 1200 metrů, který je chrání před kosmickým zářením. Gallium sestává ze 40% z izotopu 71Ga, citlivého na sluneční neutrina nižších energií. Galliový atom, který zachytí neutrino, se změní na atom germania 71Ge a to se v průměru po 11,4 dne přemění zpět na gallium. V průměru vznikne jeden germaniový atom za den, za jednoměsíční expoziční cyklus se tedy asi 20 atomů gallia změnilo na germanium. Technika hledání a počítání germaniových atomů je natolik propracovaná, že oněch 20 atomů odhalí. V několika mezikrocích se vzniklé atomy germania vážou chemicky k vodíku, takže vznikne plyn podobný metanu. V tomto plynu na sebe atomy 71Ge upozorní svým radioaktivním rozpadem. Měření začala v roce 1991 a skončila v roce 1998. Zachytil sice 55% očekávaných neutrin, než předpokládají modely Slunce, v zásadě si však astrofyzikové mohou oddechnout, neutrina z reakcí důležitějších pro energetickou bilanci Slunce patrně nechybějí.

Uvedená měření lze uvést do souladu s modely Slunce za předpokladu, že neutrina létají nižší rychlostí, než je rychlost světla ve vakuu. V tomto případě nemají nulovou klidovou hmotnost a teorie pak říká, že se pak mohou přechodně přeměňovat na další dva druhy neutrin, pro něž byly ovšem uvedené detektory naprosto slepé.

Vědci v Gran Sasso National Laboratory v Itálii proto zkonstruovali detektor Borexino, který si měl s tímto problémem poradit a dokázat zachytit i neutrina s energiemi kolem 1 MeV. K zablokování přístupu produktů radioaktivního rozpadu bylo použito 2400 tun čisté vody umístněné v kouli o průměru 18 metrů. V jádře detektoru vzniká při srážce neutrina s částicemi scintilátoru záření, které je možno zaznamenat. Celý detektor je umístněn 1 kilometr pod zemským povrchem. Vědci detekovali kolem 50 neutrin denně, což je v souladu s modely Slunce.

Mezinárodní tým vědců potvrdil, že zachycená neutrina pocházejí z radioaktivního rozpadu berylia 7Be uvnitř Slunce. Přeměna vodíku v hélium ve Slunci probíhá několika možnými způsoby a dvě z těchto "cest" zahrnují právě berylium. Teoretické modely ukazují, že asi 10% veškerých slunečních neutrin pochází z těchto dvou procesů. Výsledky rovněž ujišťují vědce o tom, že správně chápou procesy vzniku slunečního záření.

Další pokrok ve výzkumu slunečních neutrin přináší další nové experimenty.

Pokračování dokumentu o neutrinech: http://www.youtube.com/watch?v=qWm9_RDKVzg

                                                            http://www.youtube.com/watch?v=nLcecATPRQo

                                                            http://www.youtube.com/watch?v=aTcfsKzl1LY

                                                            http://www.youtube.com/watch?v=HUqJsIS4Ljo

Zpět na hlavní stranu blogu

Hodnocení

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

Komentáře