Neutrina od dekad stanowią ogromne wyzwanie dla fizyków. Są to cząstki niemal pozbawione masy i ładunku elektrycznego, które oddziałują z materią tak słabo, że potrafią przenikać przez całe planety praktycznie bez żadnej interakcji. Każdej sekundy przez ludzkie ciało przelatują ich biliony, a mimo to pozostają całkowicie niewyczuwalne.
Czytaj też: Świat nauki stanął u progu załamania. Fizycy wydali werdykt w sprawie anomalii mionu
Nowe badania pokazują jednak, że przełamanie tej niewidzialności jest możliwe dzięki zupełnie nowemu podejściu do detekcji. Zespół badawczy opracował prototyp detektora cząstek, który wykorzystuje technologię przypominającą kamerę plenoptyczną, urządzenie zdolne do rejestrowania światła w sposób pozwalający odtworzyć pełny, trójwymiarowy obraz zdarzenia.
Kluczowym elementem takiego systemu jest specjalny materiał scyntylacyjny, w którym przelatujące cząstki, w tym neutrina, mogą sporadycznie wywołać błysk światła. Nowy detektor nie tylko rejestruje takie sygnały, ale potrafi również uchwycić je z niezwykle wysoką rozdzielczością przestrzenną i czasową, rekonstruując dokładną trajektorię cząstki w trzech wymiarach. To oznacza, że zamiast pojedynczych punktów danych naukowcy otrzymują coś w rodzaju filmu z przejścia cząstki przez detektor.
To jakościowa zmiana w porównaniu do wcześniejszych technologii. Tradycyjne detektory neutrin opierały się często na ogromnych instalacjach, na przykład zbiornikach z wodą lub lodem. To w nich rejestrowano bardzo rzadkie i trudne do interpretacji sygnały. Nowy system eliminuje potrzebę skomplikowanej segmentacji detektora oraz ogromnej liczby czujników, oferując jednocześnie znacznie dokładniejsze dane o pojedynczych zdarzeniach.
Jakby tego było mało, neutrina są kluczowe dla zrozumienia procesów zachodzących w gwiazdach, supernowych czy wczesnym wszechświecie. Ponieważ prawie w ogóle nie oddziałują z materią, mogą przenosić informacje z miejsc, do których światło nie ma dostępu. To sprawia, stanowią jedno z najważniejszych narzędzi współczesnej astrofizyki i kosmologii.
Czytaj też: Ludzkie oko go nie widzi, ale nowa technologia pozwoliła dostrzec ten niezwykły świat
Nowy detektor może więc znacząco przyspieszyć rozwój astronomii neutrinowej, pozwalając na bardziej precyzyjne badanie źródeł kosmicznych tych cząstek. Jednocześnie daje fizykom narzędzie do testowania fundamentalnych teorii, wliczając w to właściwości neutrin, ich masy oraz sposób, w jaki zmieniają się między różnymi smakami podczas podróży przez przestrzeń.
Źródło: ETH Zurich, Nature Communications
