Neitrīno ir ārkārtīgi grūti detektējamas subatomiskās daļiņas. Tik grūti, ka tās ne bez pamata dēvē par daļiņu fizikas "rēgiem" vai "spokiem". Iespaidīga izmēra detektoros, no kuriem daļa ir pazemē, daļa iegremdēti dziļi zem ūdens, laiku pa laikam neitrīno izdevies fiksēt. Taču nekad līdz šim tas nebija noticis kādā no daļiņu paātrinātājiem. Nupat zinātnieki paziņojuši, ka pirmo reizi izdevies neitrīno atstātās pēdas fiksēt arī Eiropas Kodolfizikas institūta (CERN) iespaidīgajā Lielajā hadronu paātrinātājā (LHC). Tas ir pirmais gadījums, kad neitrīno izdevies pamanīt kādā daļiņu paātrinātājā.
Kāpēc neitrīno ir tik grūti "noķerami" pat ar ļoti jaudīgām un smalkām iekārtām? Tās ir ļoti vieglas un elektriski neitrālas elementārdaļiņas, kas piedalās tikai gravitācijas un vājajā mijiedarbībā, un ļoti reti mijiedarbojas ar parastās matērijas daļiņām. Cik reti? Aptuvenu ieskatu piedāvā doktors Dons Linkolns no slavenā fiziķa Enriko Fermi vārdā nosauktās Nacionālā paātrinātāja laboratorijas pie Čikāgas, ikdienā bieži dēvētas vienkārši par "Fermilab". Linkolns video "Kā detektēt neitrīno?" stāsta, ka no katriem 10 triljoniem neitrīno, kas nāk no Saules un traucas cauri Zemei vietā, kur tās diametrs ir vislielākais, tikai viena no tām kaut kur mijiedarbosies ar kādu citu daļiņu. Tātad no katriem 10 000 000 000 000 neitrīno, kas lido cauri tik masīvam objektam kā Zeme, vietā, kur tās diametrs ir vairāk nekā 12,7 tūkstoši kilometru, tikai viens neitrīno kaut kur "aizķersies" un mijiedarbosies ar citu daļiņu.
Šie skaitļi runā paši par sevi. Arī tiem, kas nav daļiņu fiziķi, nu droši vien ir aptuveni skaidrs, kāpēc tos notvert ir grūti pat detektoros, kas aizņem kubikkilometru lielu tilpumu zem ūdens. Par neitrīno izmanīgo dabu pat ir ne viena vien anekdote. Tulkojot no oriģinālvalodas, pavisam noteikti zūd nianses, taču viens no tiem ir variācija par klasisko "ienāk bārā" joku:
Neitrīno ienāk bārā.
Bārmenis saka: "Mēs šajā bārā neitrīno neapkalpojam."
Neitrīno atbild: "Es tāpat vien – tikai aši izskriešu cauri."
Tā ir tiesa, ka neitrīno, kaut grūti fiksējami, ir bieži sastopamas daļiņas. Arī tavam ķermenim ik sekundi cauri izlido triljoniem neitrīno. Tos meklē fiziķi visā pasaulē, tostarp arī ar "Fermilab" detektoru DUNE ("Deep Underground Neutrino Experiment"), kad tas tiks pabeigts.
Novembra beigās paziņots, ka neitrīno atstātās pēdas izdevies fiksēt CERN Lielā hadronu paātrinātāja eksperimentā FASER ("Forward Search Experiment").
"Līdz šim nevienā no daļiņu paātrinātājiem neitrīno atstātās pēdas nebija fiksētas," vietnei "Space.com" skaidro viens no pētījuma autoriem, Kalifornijas Universitātes astronomijas un fizikas profesors Džonatants Fengs.
Kā LHC "noķēra" cauri skrienošos neitrīno? FASER neitrīno detektors izvietots aiz viena no četriem galvenajiem paātrinātāja detektoriem (ATLAS) un sastāv no blīvām metāla plāksnēm (svina un volframa), starp kurām ir speciāla emulsija. Vienkāršoti šīs emulsijas plāksnes varētu salīdzināt ar to, kā darbojas fotofilmiņa. Kad fotofilmiņu eksponē, proti, tā nonāk saskarsmē ar gaismu, fotoni mijiedarbojas ar fotoemulsiju uz filmiņas. Proti, filmiņa ir fotonu detektors. Ja gribas īsi un ātri nedaudz padziļinātāk uzzināt (vai atsvaidzināt zināšanas) par to, kādi fizikālie un ķīmiskie procesi piedalās analogas fotogrāfijas tapšanā, to lieliski izskaidro raidījums "SciShow".
Būtībā arī FASER eksperimentā emulsijas plāksnes ir kaut kas līdzīgs fotofilmiņai, tikai pielāgotas neitrīno detektēšanai, kuri tur atstāja novērojamus "nospiedumus".
Zinātnieku komanda norāda, ka šis piloteksperiments ļāva apstiprināt divas lietas.
"Pirmkārt, mēs apstiprinājām, ka eksperimenta izvietošana aiz ATLAS detektora ir pareizā vieta, lai varētu fiksēt neitrīno šajā daļiņu paātrinātājā. Otrkārt, mūsu pūles nodemonstrēja, ka emulsiju detektori ir efektīva metode, lai novērotu šādas neitrīno mijiedarbības," komentē Fengs.
Šis bija tikai izmēģinājuma eksperiments, un zinātnieku komandas plānos ir jau nākamā gada sākumā fiksēt vairāk nekā 10 tūkstošus neitrino mijiedarbību, cer vēl viens pētījuma līdzautors Deivids Kaspers. Tam, protams, būs vajadzīga arī pamatīgāka neitrīno "fotofilmiņa". Ja šajā eksperimentā izmantotais detektors kopā svēra vien 29 kilogramus, tad nākamgad eksperimentā izmantos otro versiju – FASERnu –, kas svērs vairāk nekā tonnu.
FASER komanda nav tikai šie daži zinātnieki no Kalifornijas Universitātes. Pie šī eksperimenta strādā gandrīz 80 pētnieku no 21 zinātniskajiem institūtiem deviņās valstīs. Lieliem atklājumiem vajag lielu komandu, un gan šis, gan nākamajā gadā plānotais lielāka mēroga eksperiments ļaus papildināt zināšanas par daļiņu fizikas pamatiem.
Pētījums publicēts zinātniskajā žurnālā "Physical Review D.".
Seko "Delfi" arī Instagram vai YouTube profilā – pievienojies, lai uzzinātu svarīgāko un interesantāko pirmais!
