Rozpad ten jest możliwy za sprawą oddziaływań słabych i towarzyszy mu emisja energii. Wróćmy jednak do początku. W pierwszych latach ubiegłego stulecia fizycy musieli korzystać z prymitywnych detektorów i niebezpiecznych fiolek z substancjami radioaktywnymi. W takich okolicznościach doszli do wniosku, iż rozpad beta może naruszać zasadę zachowania pędu.
O ile było jasne, że w przypadku promieniowania alfa i gamma nie ma takich wątpliwości, tak promieniowanie beta wydawało się sprawiać, że energie były przypadkowe i nieprzewidywalne. Rozwiązanie zagadki, przynajmniej według Wolfgana Pauliego, miało skrywać się w cząstce znanej jako neutrino. W liście z 1930 roku zasugerował, iż cząstki te nie mają masy ani ładunku elektrycznego.
Trzy lata później Enrico Fermi przedstawił pełnoprawną teorię na ten temat, lecz jego sugestie zostały odrzucone przez środowisko naukowe. Minął kolejny rok, a Rudolf Peierls i Hans Bethe obliczyli, że neutrina powstające w rozpadzie beta mogą podróżować przez całą Ziemię bez żadnych oddziaływań z materią. Problem polegał na tym, że neutrin… nie dało się wykryć. Jak więc uwzględnić je w eksperymentach?
Przełomowy w poszukiwaniach neutrin był Savannah River Neutrino Experiment
Przełom nastąpił w latach 50. ubiegłego wieku, za sprawą Savannah River Neutrino Experiment. Po pięciu miesiącach i dopracowaniu wszystkich szczegółów, naukowcy przedstawili wstępne wyniki. Z 1014 neutrin, które reaktor emitował w każdej sekundzie, udało im się przechwytywać kilka z nich i mierzyć ich oddziaływania. Autorzy napisali w tej sprawie do Pauliego, który wiele lat wcześniej przekonywał współpracowników co do istnienia neutrin. Poinformowali go o wykryciu tych nieuchwytnych cząstek.
Tylko jakie miały z tego wyniknąć praktyczne korzyści? Przede wszystkim z biegiem lat okazało się, iż we wszechświecie istnieje wiele źródeł neutrin, zaliczając do nich również Słońce. Zebrane informacje pomogły w rozwoju fizyki jądrowej, kluczowej dla budowy reaktorów termojądrowych, które mogłyby zapewnić tanie i wydajne źródło energii. W grę wchodzi też projektowanie akceleratorów cząstek, podobnych jak istniejące gdzieś we wszechświecie i emitujące neutrina w stronę naszej planety.
Czytaj też: Neutrina pomogą namierzyć nielegalne źródła broni jądrowej
W planach jest też realizacja projektu WATCHMAN (Water Cherenkov Monitor for Antineutrinos). Naukowcy zamierzają wykorzystać detektor neutrin do zdalnego monitorowania reaktorów rozszczepienia jądrowego. Przedsięwzięcie mogłoby dostarczyć informacji, które doprowadzą do stworzenia niezawodnego sposobu sprawdzania, czy reaktory są zgodne z traktatami o nierozprzestrzenianiu broni jądrowej. Ponieważ neutrina są w zasadzie nie do zatrzymania, nie ma sposobu na ukrycie działającego reaktora jądrowego przed takim detektorem. Mówi się nawet o wykorzystaniu neutrin do nadawania wiadomości na duże odległości. I to naprawdę duże, bo w skali układów a nawet całych galaktyk. Oczywiście najpierw trzeba znaleźć sposób na opanowanie tych – do niedawna nieuchwytnych – cząsteczek.
