Znanstvenici su uspjeli prevariti vrijeme i uhvatiti česticu duha
Ruski fizičari zajedno sa svojim američkim kolegama uspjeli su pronaći potvrdu za gotovo pola stoljeća predviđanja da takozvana "čestica duhova" neutrina komunicira s običnom materijom. Provedeno je istraživanje koje može pomoći stvoriti uređaj koji može vidjeti kroz nuklearne reaktore, kao i otkriti koji se procesi događaju unutar supernova.
1974. godine, među znanstvenicima je izražena teorija o mogućnosti interakcije na neki nepoznat način između neutrina i materije. Te elementarne čestice, milijun puta lakše od elektrona, mogu slobodno proći kroz planete. Sudari s atomskim jezgrama događaju se periodično, a neutrini stupaju u interakciju s nekim neutronima i protonima. No prije četiri desetljeća znanstvenici su pretpostavili da je moguća interakcija između neutrina i jezgre u cjelini. Taj se mehanizam naziva koherentno raspršivanje neutrina po jezgrama. Predložen je kao jedna od komponenti Standardnog modela interakcija elektro slabljenja, ali dosad nije eksperimentalno potvrđen.
Elektro-slaba interakcija opći je opis nekoliko temeljnih interakcija - elektromagnetskih i slabih. Općenito je prihvaćeno da su, nakon što je Svemir dosegao temperaturu od oko 1015 kelvina (a to se dogodilo gotovo odmah nakon Velikog praska), te interakcije bile jedna cjelina. Slabe sile, za razliku od elektromagnetskih, manifestiraju se u mnogo manjem opsegu u odnosu na veličinu atomskog jezgra. Omogućuju beta propadanje jezgre u kojem je moguće oslobađati ne samo neutrine, već i antineutrine. Istodobno, prema teoriji elektro-slabe interakcije ne nastaje samo neutrino, već i njegova interakcija s materijom, materijom.
Teorija kaže da ako se dogodi proces interakcije između neutrina i jezgre zbog koherentnog raspršivanja, u ovom slučaju dolazi do oslobađanja energije koja se prenosi u jezgru kroz Z-bozon, koji je nositelj slabe interakcije. Vrlo je teško popraviti taj postupak, jer je oslobađanje energije vrlo beznačajno. Da bi se povećala vjerojatnost koherentnog raspršivanja, teški se elementi koriste kao meta, posebno cezij, jod i ksenon. U isto vrijeme, što je jezgra teža, to je teže otkriti to povratno sredstvo, što zauzvrat, također, komplicira situaciju.
Znanstvenici su predložili korištenje kriogenih detektora za otkrivanje raspršivanja neutrina, koji su teoretski sposobni zabilježiti čak i interakciju jednostavne i tamne materije. Kriogeni detektor je vrlo hladna komora, sa temperaturom samo stotinu stupnjeva iznad apsolutne nule, i koja bilježi malu količinu topline koja se oslobađa tijekom reakcije jezgara s neutrinama. Kristali kalcijevog ili germanijevog volumesta koriste se kao supstrat, osim toga, superprevodni uređaji, inertne tekućine ili modificirani poluvodiči također mogu igrati ulogu detektora.
Nakon što su obavili potrebne proračune, istraživači su otkrili da je idealan kandidat za cilj cezijev jodid s nečistoćama natrija. Upravo su kristali ove tvari postali temelj malom detektoru (njegova težina bila je samo 14 kilograma, a veličina 10x30 centimetara). Ovaj je detektor postavljen na izvoru neutrona SNS, koji se nalazi u američkoj državi Tennessee, u Nacionalnoj laboratoriji Oak Ridge. Detektor je bio postavljen u tunelu zaštićenom betonom i željezom, otprilike dvije desetak metara od izvora, koji reproducira neutronske zrake, ali istodobno postoji i nuspojava - neutrini.
Umjetni izvor SNS-a, nasuprot prirodnim izvorima neutrina, posebno Zemljinoj atmosferi ili Suncu, može proizvesti dovoljno veliku neutrinsku zraku da bi ga detektor mogao zarobiti, ali u isto vrijeme dovoljno mali da se dogodi koherentno rasipanje. Kao što istraživači napominju, detektor i izvor potpuno se spoje. Molekule cezijevog jodida, u interakciji s česticama, pretvaraju se u scintilatore (drugim riječima, ponovo emitiraju energiju u obliku svjetlosti). I upravo je to svjetlo bilo registrirano. Prema Standardnom modelu, muonski neutrino, neutron elektrona i muonski antineutrino ušli su u interakciju s kristalom.
Promotivni video:
Ovo otkriće je važno. I poanta uopće nije u tome što su znanstvenici još jednom potvrdili fizičku sliku svijeta, koju Standardni model opisuje. Kroz koherentno rasipanje, znanstvenici se nadaju da će razviti posebne alate i tehnike za praćenje nuklearnih reaktora kako bi kroz zidove vidjeli što se događa unutar. Pored toga, koherentno se raspršuje unutar neutrona i običnih zvijezda, kao i tijekom eksplozija supernove. To će pružiti priliku da saznate više o njihovoj strukturi i životu. Znanstvenici znaju da neutrini prisutni u utrobi supernove u toku eksplozije udaraju u vanjsku ljusku, tvoreći udarni val koji razdvaja zvijezdu na komade. Zbog koherentnog raspršivanja, može se objasniti slična interakcija između neutrina i materije zvijezde koja eksplodira.
Osim toga, istraživači se u potrazi za WIMP - teorijskim česticama tamne materije oslanjaju na otkrivanje zračenja koje proizlazi iz njihovog sudara i atomske jezgre. Mora se razlikovati od pozadine koja stvara koherentno raspršivanje neutrina. Ovo može poboljšati podatke koji se mogu dobiti o tamnoj tvari pomoću kriogenih i drugih detektora.