Neutrino — cząstka widmo, która przenika wszystko

Co się właśnie stało?

Ustawiłeś grubość materii na drodze neutrin na całą średnicę Ziemi — a strumień i tak przeszedł na drugą stronę niemal bez strat. Neutrino nie „czuje" materii tak jak światło czy nawet promieniowanie gamma: oddziałuje wyłącznie za pośrednictwem oddziaływania słabego, a to zdarza się ekstremalnie rzadko.

Prawdopodobieństwo oddziaływania:

— gdzie d to grubość materii, a λ (droga swobodna neutrina) jest gigantyczna, rzędu roku świetlnego w gęstej materii. Nawet przy d równym średnicy Ziemi (ok. 12 800 km) iloraz d/λ jest tak mały, że P pozostaje bliskie zeru.

Cząstka widmo — czym jest i jak ją odkryto?

Neutrino to elementarna cząstka bez ładunku elektrycznego i o znikomo małej masie. W 1930 roku Wolfgang Pauli zaproponował jej istnienie czysto teoretycznie — jako „brakującą" cząstkę w rozpadzie beta, potrzebną, by zachować energię i pęd. Nazwano ją „cząstką widmem", bo niemal nigdy nie oddziałuje z materią. Frederick Reines wraz z Clyde'em Cowanem w latach 50. XX wieku przeprowadzili eksperyment przy reaktorze jądrowym — najpierw w Hanford, potem w Savannah River — umieszczając ogromny zbiornik wody tuż obok reaktora. W 1956 roku po raz pierwszy eksperymentalnie zaobserwowali ślady neutrin i wysłali telegram z tą wiadomością samemu Pauliemu.

Czemu tak trudno je złapać?

Współczesne detektory to prawdziwe giganty — np. Super-Kamiokande w Japonii (zbiornik z tysiącami ton ultraczystej wody) czy IceCube na biegunie południowym (kilometr sześcienny lodu z czujnikami). Nawet one wyłapują tylko znikomy ułamek przelatujących cząstek — bo im więcej materii, tym więcej okazji do rzadkiego oddziaływania, ale nadal jest ich astronomicznie mało.

Skąd się biorą neutrina?

Powstają w reakcjach jądrowych: bilionami przelatują przez Twoje ciało co sekundę, głównie ze Słońca. Powstają też w reaktorach jądrowych, w atmosferze pod wpływem promieniowania kosmicznego oraz w gwałtownych eksplozjach supernowych.

Po co Ci to na maturze:

Neutrino to standardowy przykład cząstki oddziałującej wyłącznie słabo — dobry punkt wyjścia do pytań o rodzaje oddziaływań podstawowych i o to, dlaczego rozpad beta „traci" energię na rzecz niewidocznej cząstki. Nobel z fizyki 1995 dla Fredericka Reinesa („za wykrycie neutrina") to też częsty przykład w pytaniach o historię odkryć.

Zapamiętaj: neutrino oddziałuje tylko przez siły słabe, więc niemal nigdy nie „zderza się" z materią — nawet cała Ziemia na jego drodze prawie nic nie zmienia.