Neutrina jsou nepolapitelné subatomické částice vytvořené v celé řadě jaderných procesů. Jejich jméno, které znamená „málo neutrální“, se týká skutečnosti, že nenesou žádný elektrický náboj. Ze čtyř základních sil ve vesmíru neutrina interagují pouze se dvěma gravitacemi a slabou silou, která je zodpovědná za radioaktivní rozpad atomů. Mají téměř žádnou hmotnost a zapínají se vesmírem téměř rychlostí světla.
Nespočet neutrin se objevil zlomky vteřiny po Velkém třesku. A neustále se vytvářejí nová neutrina: v jaderných srdcích hvězd, v urychlovačích částic a atomových reaktorech na Zemi, během explozivního kolapsu supernov a při rozpadu radioaktivních prvků. To znamená, že podle fyzika Karstena Heegera z Yale University v New Haven v Connecticutu je ve vesmíru v průměru 1 miliardkrát více neutrin než protonů.
Přes jejich všudypřítomnost, neutrinos zůstávají do značné míry záhadou pro fyziky, protože částice jsou tak těžké zachytit. Neutrina proudí většinou, jako by to byly paprsky světla procházející průhledným oknem, sotva interagovaly se vším ostatním. V tuto chvíli prochází každým centimetrem vašeho těla přibližně 100 miliard neutrin, i když nic necítíte.
Objevování neviditelných částic
Neutrinos byl nejprve kladen jako odpověď na vědeckou záhadu. V pozdní 19. století, vědci se hádali o jev známý jako beta rozpad, ve kterém jádro uvnitř atomu spontánně vydává elektron. Zdálo se, že beta rozpad porušuje dva základní fyzikální zákony: zachování energie a zachování hybnosti. Při beta rozpadu se zdálo, že konečná konfigurace částic má nepatrně příliš malou energii a proton stál klidně, než aby byl zaklepán v opačném směru elektronu. Teprve v roce 1930 navrhl fyzik Wolfgang Pauli myšlenku, že z jádra může létat další částice, která s sebou nese chybějící energii a hybnost.
"Udělal jsem hroznou věc. Postuloval jsem částici, kterou nelze detekovat," řekl Pauli příteli a zmínil se o tom, že jeho předpokládané neutrino bylo tak strašidelné, že by sotva interagovalo s něčím a mělo by malou až žádnou hmotnost .
O více než čtvrt století později postavili fyzici Clyde Cowan a Frederick Reines detektor neutrin a umístili jej mimo jaderný reaktor v atomové elektrárně Savannah v Jižní Karolíně. Jejich experimentu se podařilo zachytit několik stovek bilionů neutrin, které létaly z reaktoru, a Cowan a Reines hrdě poslali Paulovi telegram, aby ho informovali o jejich potvrzení. Reines by pokračoval vyhrát Nobelovu cenu za fyziku v roce 1995 - do té doby Cowan zemřel.
Od té doby však neutrina nepřekonala očekávání vědců.
Slunce produkuje obrovská množství neutrin, která bombardují Zemi. V polovině 20. století vědci postavili detektory, aby hledali tyto neutrina, ale jejich experimenty stále ukazovaly nesrovnalosti a detekovaly pouze asi jednu třetinu neutrin, která byla předpovězena. S astronomickými modely slunce bylo něco špatného, nebo se dělo něco divného.
Fyzici si nakonec uvědomili, že neutrinos pravděpodobně přichází ve třech různých příchutích nebo typech. Obyčejné neutrino se nazývá elektronové neutrino, ale existují i dvě další příchutě: neutron neutronů a tau neutrin. Jak procházejí vzdáleností mezi Sluncem a naší planetou, neutrinos kmitá mezi těmito třemi typy, a proto tyto první experimenty, které byly navrženy pouze pro hledání jedné příchuti, stále chyběly dvě třetiny jejich celkového počtu.
Ale pouze částice, které mají hmotu, mohou podstoupit tuto oscilaci, což je v rozporu s dřívějšími myšlenkami, že neutrina nebyla masová. Zatímco vědci stále neví přesné hmotnosti všech tří neutrin, experimenty stanovily, že nejtěžší z nich musí být nejméně 0,0000059krát menší než hmotnost elektronů.
Nová pravidla pro neutrina?
V roce 2011 vědci z projektu Oscilace s experimentem Emulsion-tRacking Apparatus (OPERA) v Itálii vyvolali celosvětový pocit tím, že oznámili, že detekovali neutrina cestující rychleji než rychlost světla - údajně nemožný podnik. Ačkoli byly v médiích široce hlášeny, byly výsledky uvítány s velkým skepticismem ze strany vědecké komunity. Méně než o rok později si fyzici uvědomili, že chybné zapojení napodobovalo rychlejší nález než světlo a neutrina se vrátila zpět do sféry částic kosmického zákona.
Vědci však mají stále co učit o neutrinech. Vědci z experimentu Mini Booster Neutrino Experiment (MiniBooNE) v laboratoři Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) nedaleko Chicaga poskytli přesvědčivé důkazy o tom, že objevili nový typ neutrina, který se nazývá sterilní neutrino. Takové zjištění potvrzuje dřívější anomálie pozorovanou na Liquid Scintillator Neutrino Detector (LSND), experimentu v Los Alamos National Laboratory v Novém Mexiku. Sterilní neutrina by upendovala veškerou známou fyziku, protože se nehodí do toho, co se nazývá standardní model, rámec, který vysvětluje téměř všechny známé částice a síly kromě gravitace.
Pokud nové výsledky MiniBooNE vydrží, „To by bylo obrovské; to je nad rámec standardního modelu; to by vyžadovalo nové částice… a zcela nový analytický rámec,“ uvedla společnost Live Science fyzika částic Kate Scholbergová z Duke University.
