Veda

Zo Stredozemného mora bolo vylovené neutríno s doposiaľ najvyššou energiou

Pomocou podmorského teleskopu v Stredozemnom mori vedci objavili kozmické neutríno s nebývale vysokou energiou. Čo to znamená pre vedu?

Neutrína patria medzi najzáhadnejšie elementárne častice: nemajú elektrický náboj a takmer žiadnu hmotnosť. Zároveň sú to zvláštni kozmickí poslovia, ktorí môžu odhaliť tajomstvá najenergetickejších javov vo vesmíre.

Hoci sú neutrína po fotónoch druhou najrozšírenejšou časticou vo vesmíre, sú zároveň veľmi ťažko detekovateľné kvôli ich slabej interakcii s hmotou. Ako však tieto prízračné častice z vesmíru spozorovať?

Vedci na love častíc

Práve tu vstupuje do hry neutrínový teleskop KM3NeT. Toto observatórium pozostáva z dvoch detektorov, ARCA pri Sicílii a ORCA pri Toulone vo Francúzsku – v hĺbke 3 450 metrov. Hojná morská voda slúži ako objem detektora, pričom fyzikálne dochádza k nasledujúcim javom:

Ak kozmické neutrína reagujú s atómovými jadrami morskej vody, môžu vznikať mióny. Mióny sú ťažšie ako elektróny, ale nesú aj jeden záporný náboj. Mión pri tejto reakcii získa dostatok kinetickej energie na to, aby pri prechode morskou vodou vytvoril svetelný kužeľ. Toto takzvané Čerenkovovo svetlo alebo Čerenkovovo žiarenie je porovnateľné so sonickým treskom, ktorý vydáva prúdové lietadlo.

Neutrínový teleskop sa skladá z 230 paralelných strún, na ktorých je ako šnúra perál zoradených 18 optických modulov. Každý modul obsahuje 31 tzv. fotonásobičov, ktoré zachytávajú a zosilňujú slabé svetlo zo všetkých smerov – vrátane svetla produkovaného kozmickými neutrínami.

Nadprirodzene vysoká energia

Pomocou KM3NeT môžu astronómovia neutrína nielen detekovať, ale aj hlbšie skúmať. Vďaka tomu možno merať predtým nepoznané vysoké energie – napríklad časticu nameranú 13. februára 2023 s energiou približne 220 petaelektrónvoltov (PeV).

Jeden PeV zodpovedá 1 015 alebo jednému kvadriliónu elektrónvoltov. Táto energia je 16 000-krát väčšia ako najsilnejšia zrážka častíc, ktorú sa vedcom doposiaľ podarilo vytvoriť na Zemi.

„Táto prvá detekcia neutrína v rozmedzí stoviek PeV otvára novú kapitolu v neutrínovej astronómii,“ hovorí Paschal Coyle, vedecký pracovník francúzskeho Národného ústavu jadrovej a časticovej fyziky.

Odkiaľ pochádza rekordné neutríno?

Hlavnou otázkou však je, odkiaľ pochádzajú vysokoenergetické častice. „Kombináciou s ďalšími teleskopmi sa snažíme zistiť súvislosť medzi urýchľovaním kozmického žiarenia, produkciou neutrín a úlohou supermasívnych čiernych dier,“ vysvetľuje Yuri Kovalev z Inštitútu Maxa Plancka pre rádioastronómiu.

Okrem čiernych dier sú možnými silnými urýchľovačmi kozmických častíc aj hviezdne explózie, tzv. supernovy. Vysokoenergetické neutríno, ktoré bolo teraz namerané, by mohlo pochádzať priamo z takéhoto urýchľovača alebo by mohlo byť prvým dôkazom kozmogénneho neutrína.

Kozmogénne neutrína by mohli vzniknúť, keď iné kozmické častice reagujú so slabým svetlom kozmického pozadia a generujú extrémne energetické neutrína. Keďže tu však bol nameraný len jeden jav s energiou stoviek PeV, jeho pôvod zostáva neistý. Aby vedci zistili viac, musia „vyloviť“ z vody viac takýchto javov.

„Určenie smeru a energie tohto neutrína si vyžadovalo presnú kalibráciu teleskopu. Súčasná detekcia bola dosiahnutá len s jednou desatinou konečnej konfigurácie detektora, čo ukazuje veľký potenciál experimentu a pre neutrínovú astronómiu,“ uzatvára fyzik KM3NeT Aart Heijboer. Pôvod neutrína zatiaľ zostáva nejasný.

(S využitím materiálov MPI)

Pôvodný článok

ZDIEĽAŤ ČLÁNOK