Nepolapitelné „duchové částice“ detekovaly odrážení atomu

Zdroj neutronových spalin

Záhadné wraith subatomického světa, neutrino má hmotnost téměř nulovou a bez elektrického náboje, což je notoricky obtížné odhalit. Je to tak kradmé, že se ho fyzici rozhodli nazývat "částice duchů."

Ale vědci pracující v Oak Ridge National Laboratory (ORNL) dosáhli průlomu, zprávy Scientific American. Zjistili, že neutrina narážejí na atomová jádra, a dělali to pomocí zařízení přibližně stejné velikosti jako pasti duchů z "Krotitel duchů" filmy.

Chcete-li získat přehled o tom, jak působivý je tento výkon, zvažte měřítka při hře. Přestože vás každou sekundu prochází sto bilionů neutrin, ve vašem těle se spásá částice jen asi za týden. Je to proto, že neutrina jsou malá, i když ve srovnání s atomy. Kosmická jádra obklopující atomová jádra se zdají být těmito malými skvrnami obrovská a nekonečná a mají malou motivaci k interakci s jinými částicemi.

Když však interagují, je to pouze prostřednictvím tzv "slabá síla," základní síla, která způsobuje rozpad radioaktivních materiálů. To komplikuje problém detekce, protože slabá síla je výstižně pojmenována – funguje pouze v subatomických vzdálenostech. Získání neutrina k úderu na jednotlivého neutronu nebo protonu proto vyžaduje házení tisíce tun atomů jejich cestou. A to jen proto, aby se zvýšila pravděpodobnost, že neutrino udeřísinglproton nebo neutron.

Jakmile je stávka provedena, to je jen začátek. Vědci pak musí odhalit stávku, což je její vlastní cvičení v marnosti. Zvažte znovu měřítka při hře.

"Představte si, že si vezmete pingpongový míček a hodíte ho na bowlingovou kouli," vysvětlil profesor fyziky na Temple University Jim Napolitano, který se studie nezúčastnil. "Ze zachování hybnosti víme, že se bowlingové kouli dodává trochu energie. Tento [experiment] detekuje energii bowlingové koule."

Výzva pro výzkumné pracovníky proto spočívala v nalezení materiálu s atomovými jádry, která jsou dostatečně velká, aby neutrina mohla snadno zasáhnout, ale také dostatečně malá, aby se při dopadu znatelně odrazili. (V podstatě potřebovali najít bowlingovou kouli perfektní velikosti, aby se maximalizovaly šance na detekci.)

"To mi trvalo hodně přemýšlení – možná 15 let," tvrdil Juan Collar, jeden z hlavních autorů studie.

Nakonec Collar narazil na sodíku dotovaný cesium jod jako ideální cíl pro ping pongové neutrina, na které narazil. Mezitím by se zdrojem neutrin mohl stát Spallation Neutron Source (SNS), neutron produkující částice srážky vhodně umístěné v ORNL.

Materiály jsou tak dokonalé, že vědci dokázali detekovat neutrina narážející na atomy pomocí zařízení, které bylo možné držet v jejich rukou. Kompaktní velikost zařízení je to, co dělá detekci takovým průlomem; předchozí experimenty zahrnovaly výstřely, které byly vysoké 40 stop.

Takové malé detektory učiní detekci neutrinů neuvěřitelně užitečnou, což umožní například vývoj nových způsobů monitorování jaderných reaktorů. Mohli by také revoluci ve fyzice, což umožní otestovat, zda frekvence detekce neutrin v různých materiálech odpovídají teoretickým předpovědím. Zařízení by dokonce mohlo podpořit naše pokusy odhalit tajemnou temnou hmotu.

"Tato [studie] je jen špičkou ledovce. Je tu ještě mnohem více zajímavých věcí," řekl fyzik University of Michigan Josh Spitz.

CS.AskMeProject