Objev neutrinos revolucionizoval fyziku. Díky těmto elementárním částicím, zrozeným v procesu jaderných transformací, bylo možné vysvětlit, odkud energie Slunce pochází a jak dlouho zbývala žít. RIA Novosti hovoří o vlastnostech solárních neutrin a proč by se měla studovat.
Proč svítí slunce
Fyzici hádali o existenci záhadné elementární částice s nulovým nábojem emitovaným během radioaktivního rozkladu od 30. let 20. století. Italský vědec Enrico Fermi to nazval malým neutronem - neutrinem. Tato (tehdy ještě hypotetická) částice pomohla pochopit podstatu jasnosti Slunce.
Podle výpočtů dostává každý čtvereční centimetr zemského povrchu dvě kalorií od Slunce za minutu. Vzhledem k vzdálenosti od hvězdy nebylo obtížné určit jas: 4 * 1033 erg. Odkud pochází - tato otázka nebyla zodpovězena dlouhou dobu. Kdyby slunce, které se skládá převážně z vodíku, jednoduše shořelo, neexistovalo by to deset tisíc let. Vzhledem k tomu, že během spalování se objem snižuje, by slunce mělo být naopak zahříváno gravitačními silami. V tomto případě by zhasla asi za třicet milionů let. A protože jeho věk je více než čtyři miliardy let, pak má stálý zdroj energie.
Takovým zdrojem při monstrózní teplotě uvnitř hvězdy může být reakce fúze hélia ze dvou protonů vstupujících do atomu vodíku. V tomto případě se uvolní velké množství tepelné energie a vytvoří se jedna neutrinová částice. Na základě své velikosti mohl Slunce hořet deset miliard let, než se konečně ochladil a změnil se na červeného obra.
Abychom byli přesvědčeni o platnosti této hypotézy, bylo nutné zaregistrovat neutrina narozená uvnitř Slunce. Výpočty ukázaly, že by to bylo obtížné, protože částice interaguje velmi slabě s hmotou a má úžasnou penetrační schopnost. Když se narodí, nereaguje s ničím jiným a dosáhne Země za osm minut. Když svítí slunce, je každý centimetr čtvereční naší pokožky propíchnut asi stovkou miliard neutrin za sekundu. Ale nevnímáme to. Proud částic snadno prochází planetami, galaxiemi, hvězdokupy. Mimochodem, relikviální neutrina narozená v prvních sekundách Velkého třesku stále létají ve vesmíru.
Propagační video:
Chytil se pro jed, vodu a kov
Navzdory netečnosti se neutrinos stále někdy střetávají s atomy hmoty. Existuje jen několik takových událostí denně. Pokud detektor chráníte před fotony, kosmickým zářením, přirozenou radioaktivitou, lze zaznamenat výsledek kolizí. Proto jsou neutrinové pasti umístěny hluboko v podzemí nebo v horských tunelech.
První metodu registrace solárních neutrin navrhl v roce 1946 italský fyzik Bruno Pontecorvo, který pracoval v Dubně u Moskvy. Napsal jednoduchou reakci interakce částice s atomem chloru, což mělo za následek zrození radioaktivního argonu. Instalace tohoto typu byla postavena v podzemní laboratoři Homestake v USA, kde byla solární neutrina zaznamenána poprvé v roce 1970. V roce 2002 obdržel Nobelovu cenu fyzik Raymond Davies, který tyto výsledky obdržel.
Vadim Kuzmin z Ústavu pro jaderný výzkum Ruské akademie věd vynalezl způsob, jak detekovat průchod neutrinů roztokem gallia. V důsledku srážky částic s atomy tohoto prvku se vytvoří radioaktivní germanium. Od roku 1986 funguje detektor založený na tomto principu v observatoři Baksan Neutrino (Severní Kavkaz) v rámci společného experimentu SAGE v USA.
O rok dříve začala pozorování neutrin v zařízení Kamiokande v Japonsku, kde detektorem byla voda, která se při narození elektronů rozzářila modře. Toto je tzv. Cherenkovovo záření.
Solární neutrina jsou ztracena a nalezena
Když vědci z různých zemí nashromáždili údaje o počtu reakcí neutrin na hmotu, ukázalo se, že jsou dvakrát až třikrát menší, než naznačuje teorie. Objevil se problém nedostatku neutrinů. K jeho vyřešení bylo navrženo snížit teplotu Slunce a obecně o tom změnit představy. Nalezení odpovědi trvalo tři desetiletí a místo toho, aby vymysleli nový model naší hvězdy, vytvořili fyzici novou teorii neutrin.
Ukázalo se, že na cestě z hvězdy na Zemi se částice dokáží reinkarnovat ve svých různých modifikacích. Tento jev se nazýval neutrino oscilace. V roce 2015 byla za jeho potvrzení udělena Nobelova cena a rozhodující roli hrály experimenty na observatoři Baksan Neutrino. Nyní se plánuje výstavba univerzálního detektoru, který registruje všechny typy neutrin a antineutrin ze všech zdrojů: Slunce, centrum Galaxie, z jádra Země.
Pokud fyzici zpočátku studovali neutrina, aby lépe porozuměli Slunci a termonukleární fúzi, která se v něm odehrává, nyní tato základní částice zaujala vědce sama o sobě. Je známo, že hmotnost neutrin je velmi malá, ale dosud nebyla pro jistotu vypočtena. A to je důležité pro pochopení podstaty skryté hmoty vesmíru. Rovněž existuje podezření na existenci sterilního neutrina, které interaguje s hmotou pouze gravitací. Astronomové mají velké naděje na fyziku neutrinů, protože jim umožňují nahlédnout do útrob hvězd a černých děr a dozvědět se o původu vesmíru. Tajemství neutrin se nadále chápe v mnoha observatořích světa, včetně těch, která se nacházejí ve vodách jezera Bajkal a na ledovci Antarktida.
Tatiana Pichugina