Otkriće neutrina revolucioniralo je fiziku. Zahvaljujući tim elementarnim česticama, rođenim u procesu nuklearnih transformacija, bilo je moguće objasniti odakle dolazi energija Sunca i koliko dugo je ostalo da živi. RIA Novosti govori o značajkama solarnih neutrina i zašto ih treba proučavati.
Zašto sunce sja
Fizičari su nagađali o postojanju misteriozne elementarne čestice s nultim nabojem emitiranim tijekom radioaktivnog raspada od 1930-ih. Talijanski znanstvenik Enrico Fermi nazvao ga je malim neutronom - neutrinom. Ova (tada još uvijek hipotetička) čestica pomogla je razumjeti prirodu blistavosti Sunca.
Prema proračunima, svaki kvadratni centimetar Zemljine površine prima dvije kalorije od Sunca u minuti. Znajući udaljenost do zvijezde, nije bilo teško odrediti svjetlinu: 4 * 1033 erg. Odakle dolazi - na ovo pitanje dugo nije odgovoreno. Da je sunce, koje se uglavnom sastoji od vodika, jednostavno izgorjelo, ne bi postojalo deset tisuća godina. S obzirom da se volumen smanjuje tijekom izgaranja, Sunce bi, naprotiv, trebalo zagrijavati silama gravitacije. U ovom slučaju, ugasio bi se za oko trideset milijuna godina. A budući da je njegova starost veća od četiri milijarde godina, tada ima stalan izvor energije.
Takav izvor pri monstruoznim temperaturama unutar neke zvijezde može biti reakcija fuzije helija iz dva protona koji ulaze u jezgru vodika. U tom se slučaju oslobađa puno toplinske energije i stvara se jedna neutrinska čestica. Na temelju svoje veličine, Sunce bi moglo izgorjeti deset milijardi godina prije nego što se konačno zahladilo, pretvarajući se u crvenog diva.
Da bismo se uvjerili u valjanost ove hipoteze, bilo je potrebno registrirati neutrine rođene unutar Sunca. Proračuni su pokazali da bi to bilo teško učiniti jer čestica vrlo slabo komunicira s materijom i ima nevjerojatnu prodornu sposobnost. Kad se rodi, ne reagira ni sa čim drugim i stigne na Zemlju za osam minuta. Kad sunce zađe, svaki kvadratni centimetar naše kože probije oko stotinu milijardi neutrina u sekundi. Ali to ne primjećujemo. Struje čestica lako prolaze kroz planete, galaksije, zvijezde. Usput, reliktni neutrini rođeni u prvim sekundama Velikog praska još uvijek lete Svemirom.
Promotivni video:
Uhvaćen za otrov, vodu i metal
Unatoč inertnosti, neutrini se još uvijek ponekad sudaraju s atomima materije. Dnevno ima samo nekoliko takvih događaja. Ako štitite detektor od fotona, kozmičkog zračenja, prirodne radioaktivnosti, tada se rezultat sudara može registrirati. Zbog toga se neutrinske zamke postavljaju duboko pod zemljom ili u planinskim tunelima.
Prvu metodu registracije solarnih neutrina predložio je 1946. talijanski fizičar Bruno Pontecorvo, koji je radio u Dubni blizu Moskve. Napisao je jednostavnu reakciju interakcije čestice s atomom klora, što je rezultiralo rađanjem radioaktivnog argona. Uređaj ovog tipa izgrađen je u podzemnoj laboratoriji Homestake u SAD-u, gdje su prvi put zabilježeni solarni neutrini 1970. godine. 2002. godine, fizičar Raymond Davies, koji je primio ove rezultate, dobio je Nobelovu nagradu.
Vadim Kuzmin s Instituta za nuklearna istraživanja Ruske akademije znanosti izumio je način kako otkriti prolazak neutrina kroz otopinu galija. Kao rezultat sudara čestica s atomima ovog elementa nastaje radioaktivni germanij. Od 1986. godine detektor temeljen na ovom principu djeluje u Baksan Neutrino opservatoriju (Sjeverni Kavkaz) u sklopu zajedničkog eksperimenta SAGE u SAD-u.
Godinu dana ranije, opažanja neutrina započela su u postrojenju Kamiokande u Japanu, gdje je detektor bio voda, koja je svijetlila plavo kad su se rodili elektroni. Ovo je takozvano Cherenkovo zračenje.
Solarni neutrini se gube i nalaze
Kad su znanstvenici iz različitih zemalja sakupili podatke o broju reakcija neutrina s materijom, pokazalo se da su one dva do tri puta manje nego što teorija sugerira. Pojavio se problem nedostatka neutrina. Da bi se to riješilo, predloženo je spuštanje temperature Sunca i općenito promjena ideja o njemu. Trebala su tri desetljeća da pronađu odgovor, a umjesto da smisle novi model naše zvijezde, fizičari su stvorili novu teoriju neutrina.
Pokazalo se da su na putu od zvijezde do Zemlje čestice sposobne reinkarnirati se u svojim različitim modifikacijama. Taj se fenomen zvao neutrinska oscilacija. Godine 2015. dodijeljena je Nobelova nagrada za potvrdu, a eksperimenti u opservatoriju Baksan Neutrino odigrali su presudnu ulogu. Sada je tamo planirano izgraditi univerzalni detektor, koji bi registrovao sve vrste neutrina i antineutrino iz svih izvora: Sunce, središte Galaksije, iz Zemljine jezgre.
Ako su u početku fizičari proučavali neutrine kako bi bolje razumjeli Sunce i termonuklearnu fuziju koja se odvija u njemu, sada je ova temeljna čestica zainteresirala znanstvenike. Poznato je da je masa neutrina vrlo mala, ali to još uvijek nije sigurno izračunato. A ovo je važno da bismo razumjeli prirodu skrivene mase Univerzuma. Sumnja se i u postojanje sterilnog neutrina koji je u interakciji s materijom samo putem gravitacije. Astronomi imaju velike nade u neutrinsku fiziku, jer im omogućava da gledaju u utrobu zvijezda i crne rupe, da saznaju o podrijetlu svemira. Tajne neutrina i dalje se razumiju u mnogim svjetskim opservatorijama, uključujući i one koji se nalaze u vodama jezera Baikal i na ledenjaku Antarktike.
Tatjana Pichugina
