Nobelova cena za poľovačku na duchov: Halzen a antarktický ľad, v ktorom sa dajú chytiť častice prechádzajúce Zemou
Duchovia, ktorí si za letu prezliekajú kabát. A Belgičan, ktorý ich začal chytať do antarktického ľadu.
Neutrína sú prazvláštne častice. Bežná látka je pre ne priehľadná rovnako ako sklo pre svetlo. Bez problémov prejdú nielen ľudským telom, ale aj celou zemeguľou. A práve za to, že sme sa naučili týchto takmer neviditeľných poslov z vesmíru chytiť, udelila začiatkom októbra Kráľovská švédska akadémia vied Nobelovu cenu za fyziku Francisovi Halzenovi.
Ocenenie znie za rozhodujúci prínos k neutrínovému observatóriu IceCube a za objav vysokoenergetických neutrín astrofyzikálneho pôvodu. Cenu dostal sám. Halzen má osemdesiatdva rokov a správa o získaní Nobelovej ceny ho zastihla na konferencii v Taliansku.
Narodil sa 23. marca 1944 v belgickom Tienene. Fyziku vyštudoval na Katolíckej univerzite v Leuvene. Magisterský titul získal v roku 1966, doktorát v roku 1969 a habilitáciu o tri roky neskôr. Medzitým stihol pôsobiť ako vedecký pracovník v CERN-e. Od roku 1972 je na Wisconsinskej univerzite v Madisone, kde sa z neho stal teoretik na hranici časticovej fyziky, astrofyziky a kozmológie. Nie je to človek, od ktorého by ste čakali, že strávi desaťročia vŕtaním dier do antarktického ľadovca. Presne to však nakoniec urobil.
Nápad neprišiel z ničoho.
V osemdesiatych rokoch už bolo jasné, že najenergetickejšie neutrína z vesmíru sú tak vzácne, že žiadna nádrž v bani na ne nestačí. Treba kilometer kubický číreho, tmavého a tichého prostredia. Halzen si uvedomil, že také prostredie už existuje. Antarktický ľad je priezračný, sterilný a sám od seba nesvieti.
V roku 1987 začal pracovať na projekte AMANDA, ktorý bol predchodcom dnešného IceCube. Išlo o skúšku, či sa v ľade vôbec dajú zachytiť záblesky Čerenkovovho žiarenia (svetelné záblesky, ktoré vznikajú, keď neutríno interaguje v ľade).
O rok neskôr predložil víziu observatória na južnom póle. Sám neskôr povedal, že keď s tým začínali, málokto veril, že to bude fungovať. Vrátane neho. Dodal, že mal šťastie.
Ľudia sa s neutrínami po prvýkrát stretli krátko po objave rádioaktivity. Pri beta rozpade sa neutrón mení na protón a elektrón. Od začiatku bolo jasné, že energia vyletujúcich častíc nedáva v súčte energiu pôvodného neutrónu a že pri rozpade musí vznikať ešte nejaká malá neutrálna častica. Jej existenciu predpovedal rakúsky teoretický fyzik Wolfgang Pauli v roku 1930.
Názov neutríno jej dal Talian Enrico Fermi po objave neutrónu v roku 1932. Slovo neutríno znamená v taliančine malý neutrón. Detegovali ho Frederick Reines a Clyde Cowan až v roku 1956 v časticiach vychádzajúcich z reaktora jadrovej elektrárne Savannah River v Južnej Karolíne.
Neutrína vedia prechádzať bežnou látkou, pretože vôbec neinteragujú s atómovými obalmi. Každým štvorcovým centimetrom ľudskej pokožky preletí za sekundu 60 miliárd neutrín, ktoré vznikli hlboko vnútri Slnka. Len jedno jediné sa však za priemerný ľudský život zachytí vo vašom tele. Ostatné preletia, ani si ich nevšimnete. Sme tak doslova ponorení do oceánu neutrín, ktoré prechádzajú všetkým, čo sa im postaví do cesty.
Za letu sa neutrína ešte aj premieňajú, akoby si prezliekali kabáty. Chvíľu sa neutríno tvári ako elektrónové, potom ako miónové a nakoniec ako tauónové.
Vyskytujú sa v troch podobách a za letu sa menia z jedného na druhé a tretie. Sú ako duchovia, ktorí prechádzajú stenou a ešte menia svoju podobu. Odborne sa tejto vlastnosti hovorí oscilácie neutrín.
Neutrína prelietajú všade okolo v tak obrovskom množstve, že sa tu a tam predsa len niektoré trafia do atómového jadra a občas s ním interagujú. A to je vzácny okamih, pri ktorom ich môžeme odhaliť. Dnes je na Zemi niekoľko desiatok neutrínových detektorov. Spravidla sa umiestňujú hlboko pod povrchom, kde sú už ostatné častice odtienené a nerušia pri pozorovaní.
Prvý taký detektor postavil Raymond Davis v opustenom zlatom dole Homestake v Južnej Dakote. Fungoval od roku 1967 do roku 1993. Išlo o vodorovne uloženú valcovú nádobu naplnenú 615 tonami tetrachlóretylénu, látky známej z čistiarní odevov.
Ak neutríno interaguje s jadrom chlóru, zmení ho na rádioaktívny argón, ktorého rozpad je ľahko pozorovateľný. Davis so svojím tímom videl slnečné neutrína zo srdca Slnka, ale len tretinu predpovedaného množstva. Jeho prístroj bol citlivý len na elektrónové neutrína a ostatné dva druhy nevidel.
Na podobnom princípe neskôr fungovali galiové detektory, najznámejší z nich, Gallex, pod horou Gran Sasso v Taliansku.
Dnešné detektory sú väčšinou založené na inom princípe. Letiace neutríno interaguje s protónmi v obyčajnej alebo ťažkej vode a z miesta zrážky vyletí elektrón alebo mión s takou energiou, že sa vo vode pohybuje rýchlejšie ako svetlo. Samozrejme pomalšie, než je rýchlosť svetla vo vákuu. Častica letiaca v danom prostredí nadsvetelnou rýchlosťou žiari a za sebou ťahá charakteristický kužeľ Čerenkovovho žiarenia.
Práve ten zachytávajú fotonásobiče na stenách nádoby. Takto pracuje Sudburské neutrínové observatórium v Ontáriu so sto tonami veľmi čistej ťažkej vody či japonské Super-Kamiokande s 50 000 tonami obyčajnej vody. Oba sa podieľali na objave oscilácií neutrín.
Najväčšie detektory však nehľadajte v baniach. Využívajú prirodzenú vodu v mori alebo antarktický ľad. K nám najbližšie je Antares, ktorý funguje od roku 2008 dvadsaťpäť kilometrov južne od francúzskeho Toulonu. Približne tisíc fotonásobičov visí v Stredozemnom mori v hĺbke 2,5 kilometra na zvislých strunách.
A úplne najväčší stojí v antarktickom ľade. Volá sa IceCube, ľadová kocka, a je to Halzenovo životné dielo. Vrty s priemerom 50 centimetrov siahajú do hĺbky 2 800 metrov. Kocku tvorí 86 strún s 5 160 detektormi a objem, ktorý strážia, je jeden kubický kilometer.
Stavba sa začala v roku 2005, pričom do prevádzky išla okolo roku 2010. Cena síce dosiahla približne 242 miliónov USD, v prepočte to však dá celkom slušnú a akceptovateľnú cenu na kubický meter využitého ľadu.
Halzen je jej hlavný riešiteľ a kľúčová postava medzinárodného tímu, ktorý má stovky ľudí z desiatok ústavov. Antarktída mu to vrátila po svojom. Už v roku 2005 po ňom pomenovali stolovú horu – Halzen Mesa.
V roku 2013 IceCube oznámil, že zachytil prvé vysokoenergetické neutrína, ktoré nemohli vzniknúť v Slnečnej sústave. Neskôr pribudli prvé náznaky ich zdrojov, často v hustých jadrách aktívnych galaxií.
Otvorilo sa neutrínové okno do vesmíru, ktoré nám umožňuje nahliadnuť k explóziám supernov, ku vzniku neutrónových hviezd a čiernych dier, k javom, ktoré bežný ďalekohľad nevidí. A k samotným neutrínam, časticiam dodnes opradeným mnohými tajomstvami.
Halzen počas telefonátu do Štokholmu povedal, že je prekvapený a že ho ocenenie teší. Nobelov výbor to formuloval triezvejšie. Jeho húževnatosť a vedecká vízia otvorili nový druh astronómie. A duchovia si kabáty prezliekajú aj naďalej. Len už nie vždy prejdú stenou bez toho, aby si ich niekto všimol.
Trénujte si mozog s našimi hrami! Sudoku, šachové úlohy, hľadanie rozdielov, solitaire HRAŤ ▶Diskusia
Komentáre sú verejné. Zverejňujeme príspevky, ktoré dodržiavajú pravidlá diskusie.
Na pridanie komentára sa alebo si .
