O neutrinie, które zadziwiło energią

Ich istnienie udało się udowodnić dzięki eksperymentom w akceleratorach. Według naszych założeń są jednymi z najczęściej występujących cząstek w całym Wszechświecie. Mają neutralny ładunek elektryczny i znikomą masę, stąd nazwa, która po włosku oznacza mniej więcej „mały neutron”. Wiele teorii fizycznych zakłada ich udział w licznych reakcjach na poziomie jąder atomowych i cząstek. Nasze równania opisują te procesy tak dokładnie, że potrafimy nawet wyróżnić trzy generacje neutrin – elektronowe, mionowe i taonowe – które różnią się masą.

Masę cząstek elementarnych podaje się w elektronowoltach (eV), jednostkach energii. Dla neutrin wartości te są nie większe niż – odpowiednio 2,2 eV, 1,7 MeV (milionów elektronowoltów) i 15,5 MeV (dokładnych wartości nie jesteśmy w stanie wyznaczyć).

Jednym z projektów naukowych mających na celu badanie tych nieuchwytnych cząstek jest teleskop neutrinowy KM3NeT. To ogromne urządzenie składa się z dwóch detektorów umieszczonych na dnie Morza Śródziemnego, ok. 80 km od wybrzeża Sycylii. Woda jest tu kluczowym składnikiem – detektory mają wykrywać poświatę radiacyjną, zwaną promieniowaniem Czerenkowa. Powstaje ona, kiedy neutrina przemieszczają się przez masę wody.

– Ponieważ neutrina oddziałują słabo, więc aby mogły wejść w interakcje, potrzebujemy ogromnej ilości materii. Może to być np. kilometr sześcienny wody albo lodu, dlatego detektory do badania neutrin umieszcza się na dnie jezior (projekt Bajkał), mórz i oceanów (projekt P-ONE) lub w lodzie antarktycznym (IceCube). Tego typu teleskopy składają się z bardzo czułych detektorów światła (tzw. fotopowielaczy), których zadaniem jest rejestracja fotonów światła Czerenkowa generowanego przez poruszające się w wodzie lub lodzie cząstki – miony lub elektrony, powstałe w wyniku interakcji neutrin – tłumaczy Konrad Kopański, pracownik IFJ PAN w Krakowie, członek projektu P-ONE.

Prawie dwa lata temu teleskop KM3NeT zarejestrował kosmiczny incydent oznaczony jako KM3-230213A. W opublikowanym właśnie na łamach „Nature” artykule autorzy podają, że został on zidentyfikowany jako najbardziej energetyczne neutrino w historii pomiarów: o szacowanej energii 220 PeV (petaelektronowoltów, czyli 220 tysięcy bilionów elektronowoltów). Badacze piszą, że stanowi to dowód na istnienie w przyrodzie neutrin ultraenergetycznych. Mogą one pochodzić z interakcji promieniowania kosmicznego z kosmicznym promieniowaniem tła (mówimy wtedy o kosmogenicznych neutrinach), rozbłysków gamma lub kilku innych zjawisk.

– W tego typu badaniach najbardziej istotne jest poznanie źródeł tych wysokoenergetycznych neutrin i mechanizmów reakcji, gdyż informacje niesione przez neutrino mogą nam dużo powiedzieć o ich naturze – dodaje dr hab. Paweł Malecki, również pracownik IFJ PAN i członek projektu P-ONE. – Dotychczas znane są jedynie dwa takie źródła – są to aktywne jądra odległych galaktyk. Pierwsze obserwacje neutrin pochodzących z dalekiego kosmosu przeprowadził Eksperyment IceCube, ale nigdy jeszcze nie obserwowano przypadków o tak wysokiej energii. Czy świadczy to o nowym mechanizmie akceleracji we Wszechświecie, czy jest to dowód na istnienie neutrin kosmogenicznych, to na razie kwestia otwarta. Dużo zależy od powtarzalności tej obserwacji i wyników dalszych badań.

Dziękujemy, że jesteś z nami. To jest pierwsza wzmianka na ten temat. Pulsar dostarcza najciekawsze informacje naukowe i przybliża najnowsze badania naukowe. Jeśli korzystasz z publikowanych przez Pulsar materiałów, prosimy o powołanie się na nasz portal. Źródło: www.projektpulsar.pl.