„Častice duchov“ vedci konečne prichytili pri čine, takto vesmír mení našu planétu

Hlboko pod povrchom Zeme, v prostredí, kam nepreniká kozmické žiarenie ani rušivé signály moderného sveta, sa vedcom podarilo niečo, čo fyzici celé desaťročia považovali skôr za teoretickú kuriozitu než experimentálnu realitu. Prvýkrát priamo zaznamenali, ako slnečné neutríno, známe aj ako „častice duchov“, vyvolá premenu jedného chemického prvku na iný. Konkrétne išlo o prechod jadra uhlíka 13 na rádioaktívny dusík 13, upozorňuje Science Alert.

Bombardujú nás neustále

Neutrína sú elementárne častice, ktoré vznikajú v obrovských množstvách pri jadrových reakciách vo hviezdach. V prípade Slnka sú neoddeliteľnou súčasťou protónového cyklu, ktorý premieňa vodík na hélium a uvoľňuje energiu poháňajúcu slnečný žiar. Tieto neutrína opúšťajú jadro hviezdy prakticky okamžite a bez prekážok prelietajú celým vesmírom, pričom len výnimočne interagujú s hmotou.

Práve extrémne slabá interakcia je dôvodom, prečo sú neutrína také ťažko detekovateľné. Slabá jadrová sila, ktorú sprostredkujú, má veľmi krátky dosah a pravdepodobnosť zrážky s atómovým jadrom je mizivá. Preto sa detektory neutrín stavajú hlboko pod zemou a využívajú obrovské objemy citlivých látok, aby sa šanca na zachytenie aspoň niekoľkých udalostí zvýšila.

Experiment SNO Plus v kanadskom podzemnom laboratóriu SNOLAB používa tisíce ton kvapalného scintilátora, v ktorom sa nachádza aj malé, ale prirodzené množstvo izotopu uhlíka 13. Keď slnečné elektrónové neutríno narazí do jeho jadra, môže dôjsť k takzvanej nabitej slabej interakcii. Neutríno sa absorbuje, jeden neutrón v jadre sa premení na protón a zároveň sa vyžiari elektrón. Výsledkom je vznik jadra dusíka 13.

Merania súhlasia s aktuálnymi modelmi

Tento proces je výnimočný nielen svojou zriedkavosťou, ale aj tým, že vytvára charakteristický časový podpis. Dusík 13 je nestabilný a s polčasom rozpadu približne desať minút sa premieňa späť na uhlík, pričom vyžiari pozitrón. Detektor tak zaznamená dve oddelené udalosti s presne definovaným oneskorením, čo umožňuje spoľahlivo odlíšiť skutočný neutrínový signál od šumu.

ESO/L.Calçada

Analýza viac než dvoch stoviek dní meraní ukázala, že počet pozorovaných udalostí zodpovedá teoretickým výpočtom založeným na modeloch slnečného vnútra a slabej interakcie. Ide o dôležité potvrdenie našich predstáv o tom, ako neutrína interagujú s atómovými jadrami pri nízkych energiách, ktoré sú typické práve pre slnečné neutrína.

Význam tohto objavu presahuje samotnú detekciu jednej konkrétnej reakcie. Presné meranie účinného prierezu neutrínovej premeny uhlíka poskytuje cenné údaje pre jadrovú fyziku aj astrofyziku. Pomáha spresniť modely hviezdnych reakcií, ale aj kalibráciu budúcich neutrínových detektorov, ktoré budú skúmať ešte slabšie signály z hlbokého vesmíru.

Čítajte viac z kategórie: Novinky