Badacze pracujący pod kierownictwem fizyków wysokich energii z Uniwersytetu Kalifornijskiego Irvine zarejestrowali neutrino, które powstało w akceleratorze cząstek. O ile same neutrina odkrywa się od ponad pół wieku, to takie, które zostało wytworzone w eksperymencie opracowanym przez człowieka nigdy wcześniej nie dostrzeżono.
Choć może się to wydawać trywialne, to właśnie to odkrycie może stanowić istotny krok na drodze do zrozumienia cząstek subatomowych oraz prawdziwej natury otaczającej nas rzeczywistości.
Czym jest neutrino?
Mówiąc najprościej jest to jedna z cząstek elementarnych posiadających masę spoczynkową. Neutrina mogą powstawać w wielu różnych procesach, takich jak chociażby rozpad mionu, pionu czy taonu. Co ważne neutrina są wszechobecne. Szacuje się, że w każdej sekundzie przez centymetr kwadratowy Ziemi przelatuje około 60 miliardów neutrin. Co odróżnia je od innych cząstek to fakt, że neutrina nie oddziałują z innymi cząstkami przez oddziaływanie elektromagnetyczne czy silne, a jedynie przez oddziaływanie słabe oraz grawitację. Efekt? Większość neutrin padających na powierzchnię Ziemi, po prostu kontynuuje podróż i przelatuje przez Ziemię na wylot.
Czytaj także: Był eksperyment, jest anomalia. Czy to nowa cząstka elementarna?
Jak wykryć neutrino?
Badacze mogą potwierdzić istnienie neutrina jedynie wtedy, kiedy zostanie ono przechwycone przez jądro atomu i doprowadzi w ten sposób do jego rozpadu. Fizycy od lat wykrywają takie oddziaływanie w specjalnych, ogromnych zbiornikach z superczystą wodą, znajdujących się na dużej głębokości pod Ziemią, takich jak chociażby znajdujący się w miejscowości Kamioka w Japonii detektor Super-Kamiokande. Zbiornik ten ma kształt cylindra o wysokości 41 metrów i średnicy 39 metrów, masę 50 000 ton i umieszczony jest 1000 metrów pod Ziemią w kopalni Mozumi.
Czytaj także: Pierwsza taka detekcja w historii CERN. Nikt nie spodziewał się wykryć neutrin w Wielkim Zderzaczu Hadronów
W momencie gdy neutrino uderzy w elektron lub jądro atomu tworzącego cząsteczkę wody, prowadzi do powstawania naładowanej cząstki, która porusza się z prędkością większą od prędkości światła w wodzie (ale niższą od prędkości światła w próżni). Przelot takiej cząstki powoduje powstanie promieniowania Czerenkowa. Wykrycie takiego promieniowania za pomocą jednego z (w przypadku Super-Kamiokande ponad 11 000) detektorów zainstalowanych na cylindrze pozwala na określenie rodzaju neutrino oraz kierunku, z którego nadleciało.
Dotychczas naukowcy rejestrowali neutrina emitowane przez Słońce oraz powstające w wyniku interakcji promieniowania kosmicznego z cząsteczkami znajdującymi się w górnych warstwach atmosfery.
Wracając jednak do tematu, naukowcom z Kalifornii udało się wykryć neutrino za pomocą detektora cząstek FASER, którego głównym zadaniem jest wykrywanie cząstek powstałych w Wielkim Zderzaczu Hadronów. Można powiedzieć, że detektor zaskakująco dobrze spełnił swoje zadanie. Udało się bowiem zarejestrować obecność neutrina powstałego w samym zderzaczu hadronów.
FASER okazał się zaskakująco skutecznym eksperymentem. W żaden sposób nie przypomina on Wielkiego Zderzacza Hadronów. To stosunkowo niewielkie urządzenie o łącznej masie ok. 1000 kg, które mieści się w jednym z bocznych tuneli LHC. Jego zaprojektowanie i budowa zajęły zaledwie kilka lat. Nie zmienia to jednak faktu, że być może usłyszymy o nim jeszcze nie raz, a jego przyszłe odkrycia przyćmią obecne. Jednym z wielu celów, jakie stawiają przed nim fizycy jest próba zarejestrowania cząstek ciemnej materii. Choć ciemna materia stanowi większość materii we wszechświecie, to jak dotąd nie udało się w żaden sposób zarejestrować ani jednej cząstki ją tworzącej. Gdyby FASERowi się to udało, to mielibyśmy do czynienia z jednym z największych odkryć ostatniego stulecia. Pozostaje trzymać kciuki.
