Jaroslav Heiniš - revize plynu, Ostrava a okolí, stavební práce, rekonstrukce, hodinový manžel (www.heinis.cz). Ženklava, Kopřivnice, Příbor, Nový jičín, Bělotín, Bílovec...=Jaroslav Heiniš - revize plynu, Ostrava a okolí, stavební práce, rekonstrukce, hodinový manžel (www.heinis.cz). Ženklava, Kopřivnice, Příbor, Nový jičín, Bělotín, Bílovec...
DOMŮ   ARCHIV   IBT   IAN 1-50   IAN 50-226   IAN 227-500   RÁDIO   PŘEKVAPENÍ  
STALO SE

Nobelovka pro nicotná neutrina

Dnes jsem učinil cosi, co by teoretik neměl ve svém životě nikdy udělat. Pokusil jsem se nevysvětlitelné objasnit nepozorovatelným. Nositel Nobelovy ceny za fyziku (1945) Wolfgang Pauli (1900-1958) ve svém deníku ze 4. 12. 1930.

Ilustrační foto...Slavný švýcarský teoretik Pauli byl tehdy nepochopitelným výsledkem pokusů s tzv. rozpadem beta, kdy se neutron rozpadá na proton a elektron, doslova přinucen k nápadu na první pohled zoufale ztřeštěnému: že totiž v důsledku tohoto rozpadu vzniká do té doby naprosto netušená částice velmi podivných vlastností, kterou další nobelista Ital Enrico Fermi (1901-1954) nazval o dva roky později "neutrino", tj. velmi malinkatý neutronek.

Jak se později ukázalo, tato částice bez elektrického náboje a s téměř nulovou klidovou hmotností, proniká velmi snadno libovolnou látkou: kdybychom chtěli konkrétní neutrino zaručeně zachytit, museli bychom použít olověnou desku o tloušťce několika set světelných roků! Nic takového není ve vesmíru k mání, takže k důkazu, že neutrina opravdu existují, použili v roce 1955 američtí fyzici F. Reines a C. Cowan mocný atomový reaktor v Savannah River, který obložili pancíři z vyřazené bitevní lodi -- jedině neutrina vylétající z reaktoru prošla touto překážkou bez zábran a tak se prozradila. Reines byl za to odměněn Nobelovou cenou v roce 1995, takže čekal na ocenění plných 40 let.

Mezitím vstoupil do hry o neutrina dnešní nestor světové fyziky americký astronom německého původu Hans Bethe (*1906), když roku 1939 ukázal, že hvězdy září proto, že v jejich žhavých nitrech probíhá termonukleární reakce přeměny vodíku na hélium. Při této přeměně se uvolněná energie z nitra hvězdy přenáší k povrchu jednak pomocí fotonů a jednak prostřednictvím neutrin. Za tento epochální výsledek si jel Bethe do Stockholmu pro Nobelovu cenu v roce 1967.

Právě v té době zahájil americký chemik (doktorát na Yaleově univerzitě roku 1942) Raymond Davis (*1914) v hloubce 1480 metrů na dně zlatého dolu Homestake v Jižní Dakotě provoz jedinečné pasti na sluneční neutrina v podobě válcové cisterny o průměru šest metrů a délce bezmála patnáct metrů, do níž napustil 615 tun (téměř 3800 hektolitrů) perchloretylénu -- kapaliny běžně používané v chemických čistírnách oděvů, takže je relativně levná. Davis totiž nedostal na svůj pokus žádný grant, takže vše musel pořídit z provozních prostředků laboratoře v Brookhavenu.

Ilustrační foto...

Davis si už v roce 1955 spočítal na základě Betheova modelu termonukleárních reakcí ve Slunci, že do jeho podzemní pasti by měla ve velkém množství přicházet sluneční neutrina po přímočarém a ničím nerušeném letu z nitra Slunce, a z nich přibližně jednou za 14 hodin by se některé neutrino mělo zachytit v nastavené pasti tím, že se přímo srazí s jádrem atomu chlóru, čímž ho změní na jádro radioaktivního argonu. Poločas rozpadu radioaktivního argonu činí 35 dnů, což znamenalo nejpozději po dvou měsících provozu spočítat, kolik atomů radioaktivního argonu se v nádrži usadilo.

Na první pohled šlo o zcela šílený nápad: Davis musel najít v kupě sena -- chlóru mezi 2 kvintilióny atomů pověstnou jehlu, obsahující v tomto případě nějakých 20 atomů argonu! To je zhruba stejně obtížná úloha jako zvážit Slunce s chybou 20 kg -- takovou decimálku ve vesmíru nenajdete.

Hned první Davisova měření naznačila, že něco není v pořádku, neboť po prvních 150 dnech provozu se ukázalo, že těch argonových atomů je v nádrži skoro o řád méně, než výpočty předpokládaly. Tak se zrodil pověstný sluneční neutrinový skandál, jež opakovaná měření potvrdila. Davisův experiment běžel nepřetržitě od roku 1970 do roku 1994 a za tu dobu vzniklo v Davisově cisterně díky slunečním neutrinům asi 2200 atomů radioaktivního argonu -- zhruba třikrát méně, než předvídala teorie termonukleárních reakcí ve Slunci. Astronomové i částicoví fyzikové se trápili a věnovali bezmála tisíc prací objasnění příčin tohoto nesouladu. Ne že by jim chyběla fantazie, ale nikdo nevěděl, které vysvětlení je to pravé.

Nakonec pomohla šťastná shoda okolností na opačném konci světa, v Japonsku. Pod vedením Masatošiho Košiby (*1926), jenž získal roku 1955 doktorát z fyziky v americkém Rochesteru (N.Y) postavili japonští fyzikové v roce 1980 podzemní laboratoř Kamiokande v dole na olovo a zinek v hloubce 1000 m pod zemí, 240 km severozápadně od Tokia. Na rozdíl od Davisova pokusu použili k detekci 2140 tun čisté destilované vody a průhlednou nádrž s vodou obklopili zhruba tisícovkou fotonásobičů, citlivých i na velmi slabé světelné záblesky ve vodní nádrži, ponořené do věčné tmy.

Ilustrační foto...

Smyslem pokusu však zprvu vůbec nebylo lapat sluneční neutrina, ale zjišťovat, zda stabilní částice atomových jader -- protony, jsou opravdu stabilní. Někteří teoretičtí fyzikové totiž přišli v té době s nápadem, že i protony se vzácně -- tj. jednou za stovky kvintilionů let -- mohou rozpadnout. Přirozeně nemůžeme čekat tak dlouho, abychom si to ověřili, ale budeme-li souběžně sledovat stovky kvintilionů protonů po dobu jednoho roku, tak ten rozpad musíme odhalit. Jen na okraj poznamenávám, že se nic takového nepodařilo pozorovat dodnes, ale tu opět zasáhla náhoda, když dne 24. února 1987 zaznamenali astronomové na jižní polokouli v galaxii Velké Magellanovo mračna supernovu, viditelnou dokonce očima, navzdory její vzdálenosti od nás plných 165 tisíc světelných let.

Fyzici si při té příležitosti rozpomněli na modelové výpočty výbuchů supernov, podle nichž se při takové explozi má uvolnit nevídaný počet neutrin -- nějakých deset na šedesátou kusů! Začali proto pátrat v záznamech aparatury Kamiokande o den dříve, a měli nesmírné štěstí. Ukázalo se, že ten den probíhala rutinní kontrola zařízení, takže se po delší dobu neměřilo. Pak se však přístroje opět rozběhly -- a o minutu později přiletěla neutrina ze supernovy, přičemž 12 kusů z této mohutné spršky se v nádrži zachytilo a přístroje to věrně zaznamenaly! Zcela v souladu s teorií musela neutrina dorazit s několikahodinovým předstihem před pozorovaným optickým výbuchem, protože v husté látce zárodku supernovy se fotony přece jenom zdrží, kdežto neutrina, jak už víme, nezastaví vůbec nic. Právě proto získala neutrina ten několikahodinový náskok, který si udržela celých 165 tisíc roků během svého přímočarého letu až do okamžiku vstupu do nádrže Kamiokande.

Ilustrační foto...

Tak se ukázalo, že detektor Kamiokande se hodí na pozorování neutrin a proto byl nákladem 95 milionů dolarů vylepšen na Superkamiokande s 50 tisíci tunami vody a více než 11 tisíci fotonásobiči, jenž pracoval od dubna 1996 do července 2001. Tímto přístrojem se sluneční neutrina sledovala přímo, tj. jednak čas a jednak směr příletu do nádrže, který vždy souhlasil s okamžitou polohou Slunce (zařízení měří i v noci, neboť sluneční neutrina hladce prolétají napříč celou Zemí a přicházejí pak do nádrže prostě "zespodu").

Japonští fyzikové tak nejprve potvrdili Davisův deficit slunečních neutrin, ale postupně dokázali, že za nesouhlas údajů nemohou astronomové, kteří spočítali termonukleární reakce ve Slunci správně, ale fyzikové, kteří nevěřili, že nicotná neutrina jsou ještě rafinovanější, než kdo mohl tušit. Jsou to totiž jediné známé částice, která se během přímočarého letu samovolně přeměňují na neutrina neviditelná, neboli neustále oscilují mezi třemi způsoby existence, z nichž jen jeden se hodí pro detekci v podzemních pastech -- jakoby si převlékaly pohádkové neviditelné a viditelné kabáty.

Myslím, že Nobelův výbor rozhodl tentokrát velmi spravedlivě, když ocenil tvrdošíjného průkopníka neutrinové astronomie dnes už 87letého Raymonda Davise, podobně jako objevitele prvních mimoslunečních neutrin a rozhodčího v otázce deficitu slunečních neutrin o 12 let mladšího Masatošiho Košibu. Zásluhou obou -- a přirozeně velkého zástupu jejich spolupracovníků i dalších astronomů, fyziků a techniků z celého světa -- se právě v těchto letech před astronomií i částicovou fyzikou otevírá další důležité okno vesmíru dokořán, které nám pomocí nicotných neutrin umožní na jedné straně prohlížet nitro Slunce, hvězd a supernov, a na druhé straně nás nutí k důkladnému přehodnocení představ o základních stavebních kamenech veškeré hmoty, z níž se vesmír skládá.

Jiří Grygar

| Zdroj: Fyzikální ústav AV ČR IAN.cz
Probíhá experiment. Stránky se pomalu dostávají ze záhrobí zpět na světlo digitálního světa... Omluvte nedostatky, již brzy snad na této adrese najdete víceméně kompletní archiv IAN...
archiv zdroj
RULETA
Geovycházky 13
Ilustrační foto...
Instantní pozorovatelna 24
Ilustrační foto...
Robert H. Goddard
Ilustrační foto...
Souhvězdí: Malý Pes, Zajíc
Ilustrační foto...
MRO, Opportunity a Victoria
Ilustrační foto...
STALO SE
4.12.2012 -
Probíhá experiment. Stránky se pomalu dostávají ze záhrobí zpět na světlo digitálního světa... Omluvte nedostatky, již brzy snad na této adrese najdete víceméně kompletní archiv IAN...

WEBKAMERA
 Upice webcam / widecam
UPICE WEBCAM

Add to Google

 

Pridej na Seznam
 

  © 1997 - 2017 IAN :: RSS - novinky z astronomie a kosmonautiky SiteMap :: www :: ISSN 1212-6691