Znanstvenikom je uspelo prevariti čas in ujeti delce duha
Ruskim fizikom je skupaj s svojimi ameriškimi kolegi uspelo najti potrditev skoraj pol stoletja napovedi, da tako imenovani nevtrino "delček duha" posega v navadno snov. Izvedena je bila študija, ki lahko pomaga ustvariti napravo, ki lahko vidi skozi jedrske reaktorje, pa tudi ugotoviti, kakšni procesi se dogajajo znotraj supernov.
Leta 1974 je bila med znanstveniki izražena teorija o možnosti interakcije na neznan način med nevtrini in materijo. Ti osnovni delci, milijoni krat lažji od elektrona, lahko prosto prehajajo skozi planete. Občasno se zgodijo trki z atomskimi jedri, nevtrini pa so v interakciji z nekaterimi nevtroni in protoni. Toda pred štirimi desetletji so znanstveniki domnevali, da je možna interakcija med nevtrino in jedrom kot celoto. Ta mehanizem se imenuje koherentno razprševanje nevtrinov na jedrih. Predlagan je bil kot ena od komponent Standardnega modela medsebojnih interakcij, vendar do zdaj eksperimentalno ni bil potrjen.
Električna šibka interakcija je splošen opis več temeljnih interakcij - elektromagnetnih in šibkih. Splošno sprejeto je, da so potem, ko je vesolje doseglo temperaturo približno 1015 kelvin (in to se je zgodilo skoraj takoj po velikem udaru), te interakcije bile enotna celota. Šibke sile se v nasprotju z elektromagnetnimi manifestirajo v veliko manjšem obsegu glede na velikost atomskega jedra. Zagotavljajo beta razpad jedra, pri katerem je mogoče sprostiti ne le nevtrine, ampak tudi antinevtrine. Hkrati se po teoriji medsebojne interakcije ne pojavlja le nevtrino, temveč tudi njegova interakcija s snovjo.
Teorija pravi, da če pride do interakcijskega procesa med nevtrino in jedrom zaradi koherentnega sipanja, se sprosti energija, ki se v jedro prenese preko Z-bozona, ki je nosilec šibke interakcije. Ta postopek je zelo težko popraviti, saj je sproščanje energije zelo nepomembno. Za povečanje verjetnosti koherentnega sipanja se kot tarče uporabljajo težki elementi, zlasti cezij, jod in ksenon. Obenem, čim težje je jedro, težje je zaznati ta povrat, kar posledično tudi zaplete situacijo.
Znanstveniki so predlagali uporabo kriogenih detektorjev za odkrivanje nevtrinskega sipanja, ki je teoretično sposoben zabeležiti celo interakcijo preproste in temne snovi. Kriogeni detektor je zelo hladna komora s temperaturo le stotinko stopinje nad absolutno ničlo in ki zajame majhno količino toplote, ki se sprosti med reakcijo jeder z nevtrini. Kristali kalcijevega ali germanijevega volframa se uporabljajo kot substrat, poleg tega pa lahko vlogo detektorjev igrajo tudi superprevodne naprave, inertne tekočine ali spremenjeni polprevodniki.
Po opravljenih potrebnih izračunih so raziskovalci ugotovili, da je idealen kandidat za cilj cezijev jodid z nečistočami natrija. Prav kristali te snovi so postali osnova malemu detektorju (njegova teža je znašala le 14 kilogramov, velikost pa 10x30 centimetrov). Ta detektor je bil nameščen v viru nevtronov SNS, ki se nahaja v ameriški zvezni državi Tennessee, v Nacionalnem laboratoriju Oak Ridge. Detektor je bil nameščen v predoru, zaščitenem z betonom in železom, približno dva ducata od izvira, ki reproducira nevtronske žarke, hkrati pa obstaja stranski učinek - nevtrini.
Umetni vir SNS je v nasprotju z naravnimi viri nevtrinov, zlasti z Zemljino atmosfero ali Soncem, sposoben proizvesti dovolj velik nevtrinski žarek, ki ga lahko ujame detektor, a hkrati dovolj majhen za pojav skladnega sipanja. Kot ugotavljajo raziskovalci, se detektor in vir popolnoma ujemata. Molekule cezijevega jodida se ob interakciji z delci pretvorijo v scintilatorje (z drugimi besedami, energijo oddajajo v obliki svetlobe). In ta luč je bila registrirana. Po standardnem modelu so v interakcijo s kristalom stopili muonski nevtrino, elektronski nevtrino in muonski antineutrino.
Promocijski video:
To odkritje je pomembno. In poanta sploh ni v tem, da so znanstveniki znova potrdili fizično sliko sveta, ki jo opisuje Standardni model. Skozi skladno sipanje znanstveniki upajo, da bodo razvili posebna orodja in tehnike za spremljanje jedrskih reaktorjev, ki bi pomagali skozi stene videti, kaj se dogaja v notranjosti. Poleg tega se koherentno sipanje dogaja znotraj nevtronskih in navadnih zvezd, pa tudi med eksplozijami supernove. Tako bo priložnost, da se naučite več o njihovi strukturi in življenju. Znanstveniki vedo, da nevtrini, prisotni v črevesju supernov, med eksplozijo zadenejo zunanjo lupino in tvorijo udarni val, ki zvezdo raztrga na koščke. Zaradi skladnega sipanja je mogoče razložiti podobno interakcijo med nevtrini in materijo zvezde, ki eksplodira.
Poleg tega se raziskovalci pri iskanju WIMP - teoretičnih delcev temne snovi - opirajo na odkrivanje sevanja, ki izhaja iz njihovega trka in atomskega jedra. Ločiti ga je treba od ozadja, ki ustvarja koherentno nevtrino sipanje. To lahko izboljša podatke, ki jih je mogoče pridobiti o temni snovi s pomočjo kriogenih in drugih detektorjev.