Vědcům se podařilo oklamat čas a chytit duchovní částici
Ruským fyzikům se spolu s jejich americkými kolegy podařilo najít potvrzení téměř půl století předpovědí, že takzvaná neutrální částice duchů interaguje s běžnou hmotou. Byla provedena studie, která může pomoci vytvořit zařízení, které může vidět prostřednictvím jaderných reaktorů, a také zjistit, jaké procesy se vyskytují uvnitř supernov.
V roce 1974 byla mezi vědci vyjádřena teorie o možnosti interakce nějakým neznámým způsobem mezi neutriny a hmotou. Tyto elementární částice, milionkrát lehčí než elektron, mohou volně procházet planetami. Pravidelně dochází ke srážkám s atomovými jádry a neutrina interagují s některými neutrony a protony. Ale před čtyřmi desetiletími vědci předpokládali, že je možná interakce mezi neutrinem a jádrem jako celkem. Tento mechanismus se nazývá koherentní neutrinový rozptyl na jádrech. Byl navržen jako jedna ze složek standardního modelu elektroslabých interakcí, ale dosud nebyl experimentálně potvrzen.
Elektroslabá interakce je obecný popis několika základních interakcí - elektromagnetických a slabých. Obecně se uznává, že poté, co vesmír dosáhl teploty asi 1015 Kelvinů (a to se stalo téměř okamžitě po Velkém třesku), byly tyto interakce jediným celkem. Slabé síly se na rozdíl od elektromagnetického projevují v mnohem menším měřítku vzhledem k velikosti atomového jádra. Zajišťují beta rozpad jádra, ve kterém je možné uvolňovat nejen neutrina, ale také antineutrina. Současně podle teorie elektroslabé interakce nevzniká pouze neutrin, ale také jeho interakce s hmotou, hmotou.
Teorie říká, že pokud dojde k procesu interakce mezi neutrinem a jádrem v důsledku koherentního rozptylu, v tomto případě dojde k uvolnění energie přenesené do jádra přes Z-boson, který je nositelem slabé interakce. Tento proces je velmi obtížné opravit, protože uvolňování energie je velmi nevýznamné. Ke zvýšení pravděpodobnosti koherentního rozptylu se jako cíle používají těžké prvky, zejména cesium, jod a xenon. Zároveň, čím těžší je jádro, tím obtížnější je detekovat tento zpětný ráz, což zase komplikuje situaci.
Vědci navrhli použití kryogenních detektorů k detekci rozptylu neutrinů, teoreticky schopných zaznamenat i interakci jednoduché hmoty a temné hmoty. Kryogenní detektor je velmi chladná komora, s teplotou jen stotiny stupně nad absolutní nulou, a která zachycuje malé množství tepla, které se uvolňuje při reakci jader s neutriny. Jako substrát se používají krystaly wolframanu vápenatého nebo germania, přičemž detektory mohou hrát také supravodivá zařízení, inertní kapaliny nebo modifikované polovodiče.
Po provedení nezbytných výpočtů vědci zjistili, že ideálním kandidátem pro cíl je jodid cesný s nečistotami sodíku. Základem malého detektoru se staly krystaly této látky (její hmotnost byla pouze 14 kilogramů a velikost byla 10x30 centimetrů). Tento detektor byl nainstalován v neutronovém zdroji SNS, který se nachází ve státě Tennessee v USA, v národní laboratoři Oak Ridge. Detektor byl umístěn v tunelu chráněném betonem a železem, asi dva tucty metrů od zdroje, který reprodukuje neutronové paprsky, ale zároveň je zde vedlejší účinek - neutrinos.
Umělý zdroj SNS, na rozdíl od přírodních zdrojů neutrin, zejména zemské atmosféry nebo Slunce, je schopen produkovat dostatečně velký neutrinový paprsek, který by byl zachycen detektorem, ale zároveň dostatečně malý na výskyt koherentního rozptylu. Jak vědci poznamenávají, detektor a zdroj se téměř dokonale hodí. Molekuly jodidu česného se při interakci s částicemi přeměňují na scintilátory (jinými slovy re-emitují energii ve formě světla). A právě toto světlo bylo zaregistrováno. Podle standardního modelu vstoupilo do interakce s krystalem muonické neutrino, elektronové neutrino a muonové antineutrino.
Propagační video:
Tento objev je důležitý. Nejde vůbec o to, že vědci opět potvrdili fyzický obraz světa, který popisuje Standardní model. Vědci doufají, že prostřednictvím koherentního rozptylu vyvinou specifické nástroje a techniky pro sledování jaderných reaktorů, aby pomohly vidět skrz zdi, co se děje uvnitř. Kromě toho dochází ke koherentnímu rozptylu uvnitř neutronů a obyčejných hvězd, jakož i během explozí supernovy. Poskytne tak příležitost dozvědět se více o jejich struktuře a životě. Vědci vědí, že neutrina přítomná ve střevech supernov během exploze zasáhla vnější obal a vytvořila rázovou vlnu, která roztrhla hvězdu na kousky. V důsledku koherentního rozptylu lze vysvětlit podobnou interakci mezi neutriny a hmotou hvězdy, která exploduje.
Při hledání WIMP - teoretických částic temné hmoty - vědci navíc spoléhají na detekci záření, které vzniká z jejich kolize a atomových jader. Musí být odlišeno od pozadí, které vytváří koherentní rozptyl neutrin. To může zlepšit údaje, které lze získat o temné látce pomocí kryogenních a jiných detektorů.