Wirtualne laboratorium/Fizyka/Fizyka jądrowa/Neutrino — cząstka widmo, która przenika wszystko
Nobel 1995 — Reines

Neutrino — cząstka widmo, która przenika wszystko

Rozszerzenie tematu cząstek elementarnych i oddziaływań. Biliony neutrin przelatują przez ciało człowieka co sekundę, niemal wcale nie oddziałując z materią — nawet grubość całej Ziemi prawie nie osłabia ich strumienia. Złapanie choćby kilku neutrin wymaga gigantycznych detektorów (Nobel fizyka 1995, Frederick Reines).

Neutrino — cząstka widmo, która przenika wszystko
Fizyka · Fizyka jądrowa · Neutrino — cząstka widmo (Nobel 1995)
Grubość materii na drodze neutrin dd0 km
Strumień neutrin po przejściu przez całą Ziemię…
grubość d
0 km
przetrwały strumień
100.00%
P(oddziaływania)
0%
oddz. / mld ν
0.00
🎯 Wyzwanie: trafuj liczbę oddziaływań
seria: 0

Dam Ci docelową liczbę oddziaływań na miliard neutrin — dobierz grubość materii d. P = 1 − e^(−d/λ).

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:

P=1−e−d/λP = 1 - e^{-d/\lambda}

— 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.

Model poglądowy · Wirtualne laboratorium NexTutor

Spodobał Ci się eksperyment? Udostępnij go.

Jest darmowy — podeślij znajomym ze szkoły.

Teoria i wzory

Cząstka widmo

Neutrino jest elektrycznie obojętne i niemal nie oddziałuje z materią. Przez ciało człowieka przelatują co sekundę biliony neutrin, a nawet grubość całej Ziemi prawie nie osłabia ich strumienia.

Dlaczego tak trudno je złapać

Prawdopodobieństwo oddziaływania neutrina z materią jest ekstremalnie małe. Kluczowe zależności:

  • im większa masa (liczba atomów) detektora, tym więcej rejestrowanych oddziaływań,
  • im dłuższy czas pomiaru, tym więcej złapanych neutrin.

Dlatego buduje się gigantyczne detektory (wielkie zbiorniki wody lub cieczy).

Źródła

Neutrina pochodzą głównie ze Słońca, a także z reaktorów jądrowych, atmosfery i wybuchów supernowych.

Uczysz? Umieść ten eksperyment na swojej stronie.

Darmowy widget — wklej na stronę szkoły, bloga lub notatki. Linkuje do pełnej wersji.

Uczysz w klasie albo korepetujesz? Prowadź uczniów w NexTutor →

Najczęstsze pytania

›

Co to jest neutrino?

Elektrycznie obojętna cząstka elementarna, która niemal nie oddziałuje z materią.

›

Czemu tak trudno złapać neutrino?

Bo prawdopodobieństwo jego oddziaływania z materią jest ekstremalnie małe, dlatego potrzeba gigantycznych detektorów.

›

Skąd biorą się neutrina?

Głównie ze Słońca, ale też z reaktorów jądrowych, atmosfery i eksplozji supernowych.