Sciense news – Neutrini su sa nama od samog početka. Postojali su uz praistorijske ljude, dinosauruse i prve rasute tragove života na Zemlji. Rađanje Sunčevog sistema, formiranje kosmičke strukture univerzuma, trenuci neposredno nakon Velikog praska — sve je bilo ispunjeno ovim laganim subatomskim česticama koje danas nazivamo neutrini.
Ali tek u poslednjih 70 godina sa sigurnošću znamo da zaista postoje. Godine 1956. fizičari Klajd Kovan i Frederik Rajns objavili su dokaz o njihovom postojanju. I postoje u ogromnom broju — ne u nekoj skromnoj količini, već kao najbrojnije masivne čestice u univerzumu, koje nadmašuju protone u odnosu od gotovo milijardu prema jedan. Naučnici i dalje pokušavaju da razumeju šta su neutrini zapravo. Oni nisu samo jedna čestica, već čitava porodica: elektronski neutrini, mionski neutrini i tau-neutrini, zajedno sa svojim antimaterijskim parnjacima — česticama koje fizičari zajednički nazivaju neutrini.
Iako i druge čestice imaju svoje nepoznanice, „kod neutrina je lista pitanja dublja i fundamentalnija nego kod bilo koje druge“, kaže fizičarka Dijana Parno sa Univerziteta Karnegi Melon u Pitsburgu. Ne znamo da li su neutrini sopstvene antičestice, niti da li se negde kriju dodatni tipovi neutrina koje još nismo otkrili. Neki naučnici čak razmatraju mogućnost da bi neutrini mogli objasniti zašto je univerzum ispunjen materijom, dok je antimaterija prisutna tek u tragovima.
Najupadljivije od svega, još uvek ne znamo kolike su mase neutrina. Znamo da moraju biti izuzetno male — ali ne i jednake nuli. Upravo zbog toga su izuzetno teški za merenje. Situaciju dodatno komplikuje činjenica da neutrini nemaju električni naboj i da sa drugim oblicima materije stupaju u interakciju samo putem slabe nuklearne sile. Zbog toga su Kovan i Rajns morali da smisle krajnje inventivne metode kako bi ih uopšte uočili. Njihov rad postavio je standard: u proučavanju neutrina, domišljatost je neophodna.
„Fizičari Frederik Rajns i Klajd Kovan prate eksperiment u nuklearnom reaktoru u Južnoj Karolini 1956. godine. Ovaj eksperiment potvrdio je postojanje ‘duhovitih’ subatomskih čestica poznatih kao neutrini.
Još 1930. godine fizičar Volfgang Pauli predložio je postojanje neutrina kako bi objasnio energije elektrona emitovanih u radioaktivnim raspadima. U tim procesima, poznatim kao beta-raspadi, jedno atomsko jezgro se pretvara u drugo, pri čemu se emituje elektron. Ta transformacija oslobađa tačno određenu količinu energije. Kada bi se emitovao samo elektron, očekivalo bi se da on uvek ima istu energiju. Međutim, merenja su pokazivala čitav spektar energija. Situacija je bila toliko ozbiljna da su neki fizičari razmatrali čak i napuštanje zakona o očuvanju energije — jednog od temelja fizike.
Umesto toga, Pauli je predložio da se u raspadu emituje i dodatna čestica bez električnog naboja, koja odnosi deo energije u promenljivoj količini. Navodno je rekao: „Učinio sam strašnu stvar — postulirao sam česticu koju nije moguće detektovati.“ Pauli je grešio — ali su neutrini ipak uspevali da izmaknu detekciji punih 25 godina.
Eksperiment Kovena i Rajnsa izveden je u blizini nuklearnog reaktora. Kako se u reaktorima dešava veliki broj radioaktivnih raspada, oni predstavljaju snažan izvor neutrina — preciznije, antineutrina. Prvobitna ideja eksperimenta bila je znatno ekstremnija: spuštanje detektora u podzemnu jamu obloženu perjem i sunđerima, uz istovremenu detonaciju atomske bombe u blizini. U poređenju s tim, rad u reaktoru delovao je znatno praktičnije.
Ključ uspeha bila je detekcija dva uzastopna signala. Kada bi antineutrino stupio u interakciju sa protonom u detektoru, nastali bi neutron i pozitron — antimaterijski pandan elektrona. Pozitron bi se gotovo trenutno sudario sa elektronom i anihilirao, oslobađajući visokoenergetsko gama-zračenje koje je moglo biti detektovano u tečnosti zvanoj scintilator, koja svetli pod dejstvom zračenja. Neutron bi se, međutim, zadržao kratko vreme pre nego što bi bio zarobljen u atomskom jezgru, što bi proizvelo dodatne gama-zrake i odloženi bljesak svetlosti u scintilatoru.
Bez tog dvostrukog „otkucaja srca“, Kovan i Rajns ne bi mogli da izdvoje stvarne antineutrinske događaje od pozadinskog šuma. Ova kreativna metoda, koja je rešila problem za koji se ranije smatralo da je nerešiv, donela je Rajnsu Nobelovu nagradu za fiziku 1995. godine.
Detektor je bio konstruisan poput sendviča, sa tri sloja scintilatorskih detektora razdvojenih sa dva sloja ciljnog materijala. Ciljni slojevi sadržali su vodu i kadmijum-hlorid, pri čemu je kadmijum izabran zbog svoje sposobnosti da efikasno zarobljava neutrone. Dvostruki bljesak u susednim slojevima bio je jasan potpis antineutrina — konačni „lub-dub“ njegovog figurativnog srca.
Sedam decenija nakon tog otkrića, neutrini su i dalje među najtajanstvenijim stanovnicima univerzuma. Otkriveni su, ali ne i razotkriveni — i još uvek imaju mnogo toga da nam ispričaju.
MPM Web označava našu redakcijsku obradu već objavljenih informacija sa kredibilnih domaćih i međunarodnih portala. To su vesti i teme koje su zasnovane na postojećem izvoru, ali su prevedene, temeljno proverene i stilistički prilagođene standardima našeg magazina.
Na ovaj način čuvamo tačnost originalnih podataka i gradimo poverenje čitalaca, dok istovremeno nudimo jasno strukturisanu i pouzdanu informaciju, u skladu sa prepoznatljivim stilom MPM-a.
