Neutrina są najbardziej nieuchwytne cząsteczki natury. Opisał je po raz pierwszy z teoretycznego punktu widzenia w latach 30. XX wieku Wolfgang Pauli, jeden z ojców fizyki kwantowej (jestem mu winny m.in. ten znany jako Zasada Wykluczenia). Jednak jego eksperymentalne odkrycie nastąpiło dwie i pół dekady później, w połowie lat pięćdziesiątych.

Istnieje przekonujący powód, dla którego cząstki te są tak trudne do wykrycia: ledwo wchodzą w interakcję ze zwykłą materią. Co więcej, ich masa jest bardzo mała, ich ładunek elektryczny jest obojętny i nie mają na nie wpływu silne oddziaływania jądrowe ani siły elektromagnetyczne, chociaż oddziałuje na nie grawitacja i słabe oddziaływanie jądrowe. Nie ma wątpliwości, że są to bardzo szczególne cząsteczki.

Konieczne byłoby wyprodukowanie płyty ołowianej o grubości jednego roku świetlnego, aby zderzyła się połowa przechodzących przez nią neutrin

Naukowcy często ilustrują, jak trudno jest wychwycić neutrino, wyjaśniając, że co sekundę kilka bilionów tych cząstek przechodzi zarówno przez Ziemię, jak i przez nas. bez kolizji bez innych cząstek (chociaż, jak zobaczymy później, w rzeczywistości kilka się zderza).

Możesz również zilustrować ich nieuchwytność, odwołując się do mechaniki kwantowej, która zapewnia, że ​​konieczne byłoby wykonanie arkusza ołowianego z grubość jednego roku świetlnego (9,46 × 1012 km), aby osiągnąć, że połowa neutrin, które przez nią przechodzą, zderza się z cząstkami bloku ołowianego. Jednak pomimo tego, jak nieuchwytne są, mamy kilka obserwatoriów, które są w stanie je wykryć. Jedna z nich jest prawdziwą gwiazdą tego artykułu.

Super-Kamiokande ma nieoczekiwany atut: gadolin

Super-K, bo tak zwykle nazywa się japoński Super-Kamiokande, to prawdziwy kret. To obserwatorium znajduje się w Hida, mieście położonym w centralnej części Honsiu, największej wyspy archipelagu japońskiego. Jest zbudowany w kopalni 1 km głębokościi mierzy 40 metrów wysokości i kolejne 40 metrów szerokości, co daje mu objętość podobną do piętnastopiętrowego budynku (jeśli chcesz poznać go bardziej szczegółowo, proponuję zajrzeć do szczegółowego artykułu, który poświęcamy się temu wyłącznie).

Wewnątrz gromadzisz nie mniej niż 50 000 ton wody o ekstremalnej czystości otoczonej 11 000 fotopowielaczy, które bez wchodzenia w skomplikowane szczegóły są czujnikami, które pozwalają nam „zobaczyć” neutrina (szczegółowo wyjaśniamy działanie tej pracy inżynierskiej w artykule, który połączyłem w akapicie poprzedni). To, co naprawdę jesteśmy w stanie zaobserwować, to promieniowanie Czerenkowa, które neutrina generują podczas przechodzenia przez wodę.

Zabawne, a to prawdziwa nowość, polega na tym, że naukowcy pracujący w Super-K odkryli, że używając nieco mniej czystej wody mogą zaobserwować neutrina, które przebyły większą odległość, a zatem, pochodzą ze starszych supernowych. „Zanieczyszczenia”, które dodali do wody, to gadolin, pierwiastek chemiczny należący do grupy pierwiastków ziem rzadkich, który wprowadzony w odpowiedniej proporcji znacznie zwiększa czułość detektora.

Zaledwie kilka dni temu, w lipcu ubiegłego roku, naukowcy pracujący w Super-K dodali wodę o wysokiej czystości z obserwatorium 13 ton związku gadolinu, więc całkowite stężenie tego pierwiastka wynosi 0,01%. Wystarczy, zdaniem tych techników, aby wzmocnić sygnał najsłabszych neutrin i móc je obserwować.

Po co tyle wysiłku? Po co tyle wysiłku, aby zbadać tak nieuchwytną cząstkę? Po prostu dlatego, że neutrina są niezbędnym narzędziem, które może dostarczyć nam wielu informacji o supernowych, czyli tych gwałtownych eksplozjach, które występują w gwiazdach, które w danej chwili nie są w stanie wytrzymać m.in. ciśnienia degeneracji elektronów. możliwe pochodzenie. A ta wiedza jest niezbędna do lepszego zrozumienia jaka jest struktura wszechświata?. Nie jest łatwo przezwyciężyć ten cel, prawda?

Okładka | Uniwersytet w Tokio
Przez | Uniwersytet w Tokio