Objav vysokoenergetických neutrín vyvolal medzi výskumníkmi značné nadšenie. Ale prečo? Je na to niekoľko dôvodov

Táto správa spôsobila senzáciu vo vedeckej komunite začiatkom roka 2025: Výskumníci oznámili prvú detekciu extrémne vysokoenergetického neutrína. Čo však presne sú tieto neutrína? A prečo je to také vzrušujúce?

Krátky pohľad do fascinujúceho sveta časticovej fyziky vrhá svetlo na túto problematiku.

Čo sú neutrína? A čo sú neutróny?  Nesmieme ich zamieňať a či si ich mýliť – je medzi nimi veľký a zásadný rozdiel!

Neutrína sú elementárne častice, ktoré sa preháňajú vesmírom takmer rýchlosťou svetla. Sú elektricky neutrálne, majú veľmi malú hmotnosť a nepodliehajú silnej interakcii (viac o tom nižšie). To znamená, že takmer vôbec neinteragujú s hmotou, čo sťažuje ich detekciu.

Detektory neutrín sú extrémne veľké a zložité stroje. Vysokoenergetické neutríno, ktoré teraz spôsobilo toľko vzrušenia, bolo detekované pomocou zariadenia KM3NeT.

Neutríno akoby malo pôvod v akejsi „ríši duchov“, kde panujú iné zákony, ako v našom svete a preto jeho objav vyvolal veľké nadšenie v komunite fyzikov a astronómov……..

Európsky detektor je stále ešte len vo výstavbe. Po dokončení bude pozostávať z obrovskej mriežkovitej matice svetelných senzorov ukotvených na morskom dne v Stredozemnom mori pri pobreží Sicílie. Ale keď bolo zariadenie začiatkom roka 2023 dokončené na desať percent, už detekovalo nezvyčajne jasný záblesk svetla z horizontálne sa pohybujúceho neutrína s extrémne vysokou energiou.

Neutrón je ťažká, zložená častica (zložená z kvarkov), stavebný kameň atómového jadra, ale s nulovým nábojom, zatiaľ čo neutríno je extrémne ľahká, základná elementárna častica, ktorá sotva interaguje s hmotou a využíva iba slabú interakciu; je takmer bezhmotné a elektricky neutrálne. Neutróny sú husté a obmedzené na jadro, zatiaľ čo neutrína prechádzajú takmer všetkým.

Prečo je také ťažké detekovať neutrína?

Aby sme to vysvetlili, musíme sa aspoň veľmi krátko pozrieť do fyziky častíc (ja som sa ňou začal podrobne zaoberať, keď som pred mnohými rokmi ako mladý inžinier začal pracovať ako operátor primárneho okruhu v atómke v Jaslovských Bohuniciach):

Po zostrojení prvých detektorov častíc bolo objavených množstvo nových elementárnych častíc – začiatkom 60. rokov 20. storočia ich počet vzrástol na viac ako 400. 

Až Štandardný model fyziky častíc, ktorý sa odvtedy vyvíja a neustále rozširuje, vniesol do tejto časticovej zoo poriadok tým, že vysvetlil, ako sa nové častice môžu skladať z elementárnych stavebných blokov.

Ako funguje Štandardný model?

Štandardný model predpokladá, že existuje niekoľko elementárnych častíc. Presnejšie povedané, existujú dve rodiny elementárnych častíc: kvarky a leptóny. Hmota a antihmota sa skladajú z kvarkov a leptónov.

Na kvarky a leptóny pôsobia špecifické sily. Zjednodušene povedané a symbolicky vyjadrené, možno tieto častice vnímať ako supermágov-čarodejníkov, každý z nich s vlastnými magickými superschopnosťami. Napríklad elektróny sú ovplyvňované elektromagnetickými poľami, kvarky silnými a elektromagnetickými interakciami atď.

Neutrína sú ovplyvňované iba takzvanou slabou interakciou.

Podľa Štandardného modelu sú sily medzi elementárnymi časticami sprostredkované výmenou virtuálnych častíc nazývaných bozóny. Každá špecifická sila je spojená so špecifickými bozónmi. Každá elementárna častica si neustále vymieňa takéto virtuálne bozóny s príslušným poľom, ktoré ju obklopuje.

Ak vezmeme do úvahy, že zákony zachovania platia aj v jadrovej fyzike, takmer dokážeme pochopiť, ako prebiehajú jadrové reakcie.

Napríklad, keď sa voľné neutróny rádioaktívne rozpadajú na protóny, celkový elektrický náboj sa musí zachovať. Preto sa pri tomto rozpade uvoľní elektrón. Zároveň sa však musí zachovať aj počet leptónov. Pretože pri rozpade vzniká leptón – elektrón, musí sa v tomto procese uvoľniť aj antileptón: A toto je antineutríno.

Leptóny sú triedou základných elementárnych častíc (ako sú elektróny, mióny, tauóny a ich neutrína), ktoré sa nezúčastňujú silnej interakcie a patria medzi základné stavebné kamene hmoty.