Nobelovka za fyziku: Vedci chameleónov vesmíru nakoniec odhalili

Frédérique Hazéová

Cez naše telo ich denne preletia miliardy, no my ich nevidíme ani necítime. Neutrína. Takmer neinteragujú s okolitou hmotou a donedávna si vedci mysleli, že majú nulovú hmotnosť. Fyzici Takaaki Kajita a Arthur B. McDonald však nezávisle od seba dokázali, že hmotnosť majú a dokonca dokážu „meniť svoju identitu“. Za tieto zistenia dnes získali Nobelovu cenu za fyziku.

Nobelovka za fyziku: Vedci chameleónov vesmíru nakoniec odhalili

Elektrónové, miónové alebo tau? Neutrína sa menia skoro ako chameleóny. Zdroj ilustrácie: nobelprize.org

fyzika nobelovka vitazi

Tohtoročnými víťazmi Nobelovej ceny za fyziku sa stali Takaaki Kajita z Japonska a Arthur B. McDonald z Kanady.
Foto: nobelprize.org

Náš svet je neutrínami priam zaplnený. „Už len v špičke nášho palca sa nachádza okolo 300 neutrín,“ uviedol teoretický fyzik Ivan Melo. Napriek tomu, že sú to hneď po fotónoch druhé najpočetnejšie známe častice vo vesmíre, však o nich vedci stále vedia pomerne málo.

„Vieme, že sú tri druhy neutrín, že majú nulový elektrický náboj a že len veľmi slabo interagujú – cez celú Zem prejdú ľahšie ako svetlo cez okno. Vieme tiež, že je ich všade veľmi veľa, no a samozrejme, že menia svoju identitu a majú nenulovú, aj keď veľmi malú hmotnosť,“ vysvetlil Melo.

To, že vôbec nejakú hmotnosť majú a že sa dokážu zmeniť na niečo iné, sme však začali zisťovať až koncom druhého tisícročia.

Miznúce častice

Časť neutrín, ktoré sa vo vesmíre nachádzajú, vznikla už pri Veľkom tresku. Mnohé z nich však vznikajú neustále, a to pri najrôznejších vesmírnych aj zemských procesoch, ako sú výbuchy supernov, zániky masívnych hviezd, či reakcie v jadrových elektrárňach. Isté množstvo neutrín vzniká dokonca priamo v našich telách.

Jedného z dnešných laureátov, Arthura B. McDonalda, ale zaujímali tie, ktoré prichádzajú zo Slnka. „Mnoho experimentov v minulosti zistilo, že na Zem prichádza v porovnaní s predpoveďou menej neutrín, ale až experiment SNO, ktorý dlho viedol McDonald, ukázal, čo sa s tými chýbajúcimi stalo. Premenili sa a zatajili svoju novú identitu,“ objasnil záhadu Melo.

fyzika nobelovka sudburyneutrinoobservatory
Kanadské Sudbury Neutruno Observatory. Zdroj ilustrácie: nobelprize.org

Neutrína sa totiž vyskytujú v typoch, ktorým hovoríme vône. V súčasnosti poznáme tri – elektrónové, miónové a tau neutrína. Slnko produkuje len elektrónové neutrína a všetky predchádzajúce experimenty boli preto nastavené práve na ne. SNO je však citlivý na všetky tri vône, vďaka čomu vedci v roku 2001 zistili, že chýbajúce častice sa premenili na miónové a tau neutrína. 

Objav meniaci históriu galaxií

Druhý laureát dnešnej Nobelovej ceny, Takaaki Kajita, však McDonalda istým spôsobom predbehol. „Experiment Super-Kamiokande, ktorý viedol, už v roku 1998 dokázal, že identitu menia aj miónové neutrína, ktoré sú produkované v zemskej atmosfére pri dopade kozmického žiarenia,“ priblížil Ivan Melo.

Kvantová mechanika podľa Mela pripúšťa, že sa neutrína môžu počas svojho pohybu premieňať z jednej vône na druhú. Tomuto efektu hovoríme neutrínové oscilácie. Je však možný len vtedy, ak neutrína majú hmotnosť. Dovtedajší predpoklad, že neutrína žiadnu hmotnosť nemajú, sa teda ukázal byť nepravdivý, čo svetom fyziky značne otriaslo.

Fyzici svoj predpoklad o nulovej hmotnosti neutrín totiž zabudovali do Štandardného modelu, ktorý je súčasnou teóriou elementárnych častíc. „Objav neutrínových oscilácií znamenal, že neutrína majú hmotnosť a teda existuje fyzika za Štandardným modelom. Táto fyzika by mala vysvetliť, prečo sú hmotnosti neutrín také malé oproti napríklad hmotnosti elektrónov alebo kvarkov,“ vysvetlil Melo.

fyzika nobelovka superkamiokande
Japonský detektor Super-Kamiokande. Zdroj ilustrácie: nobelprize.org

Následky týchto objavov však siahajú ešte ďalej. „Ich nenulová hmotnosť zároveň znamená, že neutrína mohli hrať istú úlohu pri vývoji vesmíru a formovaní štruktúr ako sú galaxie. Môžu tiež tvoriť časť tmavej hmoty vo vesmíre, aj keď nie najväčšiu,“ objasnil Ivan Melo.

Svoju váhu len tak „neprezradia“

Najpodivnejšie podľa Mela je, že ešte stále nevieme, koľko vlastne neutrína „vážia“. Oscilácie podľa neho zatiaľ určili len hmotnostné rozdiely medzi neutrínami, neukázali nám však, aká je ich absolútna hodnota. S určitosťou vieme len to, že sú veľmi malé.

„Vo svete beží v súčasnosti veľa neutrínových experimentov, ktoré sa snažia túto otázku vyriešiť. Pre teóriu je veľká výzva vysvetliť, prečo sú ich hmotnosti také malé. Nevieme tiež, či náhodou neexistuje aj štvrtý druh neutrína a niekoľko ďalších, síce technickejších, ale dôležitých vecí,“ dodal Melo.

------------------------------------------------------------------------------------------------------

Nobelove ceny budú laureátom slávnostne odovzdané v deň výročia úmrtia Alfreda Nobela 10. decembra v Štokholme.

Zajtra okolo 11.45 hod. bude slávnostne vyhlásená Nobelova cena za chémiu. Priamy prenos z podujatia si môžete pozrieť tu.

Odporučiť e-mailom

Komentáre

Prihláste sa na odber noviniek zo sveta vedy priamo do Vášho e-mailu

* povinné polia