Naukowcy po raz pierwszy zmierzyli "rozmiar" neutrin!

Międzynarodowy zespół fizyków z USA, Francji, Portugalii i innych krajów dokonał przełomowego osiągnięcia w dziedzinie fizyki cząstek elementarnych. Po raz pierwszy udało się zmierzyć przestrzenny zasięg neutrin – niezwykle lekkich i trudnych do wykrycia cząstek subatomowych. Wyniki tych badań zostały opublikowane w prestiżowym czasopiśmie naukowym "Nature".

Neutrina, często nazywane "cząstkami duchami", to subatomowe cząstki o masie bliskiej zeru, które bardzo słabo oddziałują z materią. Dzięki temu mogą przenikać przez dowolne ciała stałe, w tym przez ludzkie ciało, nie powodując żadnych zmian. Badanie tych tajemniczych cząstek jest kluczowe dla zrozumienia fundamentalnych zagadnień fizyki, takich jak przewaga materii nad antymaterią we Wszechświecie.

W przeprowadzonym eksperymencie naukowcy skupili się na procesie rozpadu radioaktywnego berylu. W tym procesie elektron łączy się z protonem, tworząc neutron i uwalniając energię. Powstała energia powoduje, że atom litu jest odrzucany w jednym kierunku, podczas gdy neutrino w przeciwnym. Aby dokładnie zmierzyć pęd atomów litu, zespół badawczy wykorzystał akcelerator cząstek oraz niezwykle czułe detektory. 

Na podstawie tych pomiarów obliczono rozmiar pakietu falowego neutrin, który wyniósł 6,2 pikometra. Dla porównania, średnica jądra atomowego to około 1,7 femtometra, co oznacza, że pakiet falowy neutrina jest znacznie większy. Warto jednak zaznaczyć, że w kontekście mechaniki kwantowej "rozmiar" odnosi się do przestrzennej niepewności pakietu falowego, a nie do fizycznych wymiarów cząstki. Odkrycie to pogłębia naszą wiedzę o kwantowo-mechanicznej naturze neutrin i ich właściwościach.

Eksperci podkreślają, że to przełomowe badanie otwiera nowe możliwości w dziedzinie fizyki neutrin oraz kosmologii. Dokładniejsze zrozumienie właściwości neutrin może przyczynić się do opracowania bardziej efektywnych detektorów tych cząstek. Obecnie stosowane detektory są często ogromne i skomplikowane, co utrudnia ich szerokie zastosowanie. Dzięki nowym informacjom o "rozmiarze" neutrin możliwe będzie projektowanie mniejszych i bardziej precyzyjnych urządzeń do ich wykrywania. To z kolei może mieć znaczący wpływ na badania nad asymetrią między materią a antymaterią oraz na poszukiwania nowych źródeł energii.

Warto również wspomnieć o polskim wkładzie w badania nad neutrinami. Projekt "Neutrino Geology" prowadzony przez polskich naukowców ma na celu opracowanie mobilnych detektorów neutrin, które pozwolą na tworzenie trójwymiarowych obrazów górnej warstwy skorupy ziemskiej. Analizując strumienie neutrin emitowanych podczas rozpadu promieniotwórczego beta, możliwe będzie dokładniejsze poszukiwanie złóż surowców mineralnych, takich jak ropa naftowa czy gaz ziemny. 

Dzięki temu metoda ta może zrewolucjonizować geologię poszukiwawczą, czyniąc ją mniej inwazyjną i bardziej efektywną. Mobilne detektory neutrin mogą znacząco obniżyć koszty i czas poszukiwań, jednocześnie minimalizując wpływ na środowisko.

Badania nad neutrinami mają również istotne znaczenie w kontekście astrofizyki. Detektory neutrin, takie jak te stosowane w projekcie "Neutrino Geology", mogą być wykorzystane do monitorowania procesów zachodzących wewnątrz Ziemi, a także do obserwacji zjawisk kosmicznych, takich jak eksplozje supernowych czy zderzenia gwiazd neutronowych. 

Neutrina, ze względu na swoją zdolność do przenikania przez materię, mogą dostarczać informacji niedostępnych dla tradycyjnych teleskopów opartych na obserwacji fal elektromagnetycznych. Dzięki temu możliwe jest uzyskanie nowych danych na temat najbardziej energetycznych i tajemniczych procesów we Wszechświecie.