Złapano niskoenergetyczne neutrino

Międzynarodowy zespół naukowców po raz pierwszy wykrył niskoenergetyczne neutrino i zbadał z jaką częstotliwością cząstki te docierają na Ziemię. Odkrycie, dokonane za pomocą detektora Borexino, potwierdza teorie dotyczące budowy Słońca i innych gwiazd. Przy okazji potwierdzono teorię, że neutrino oscyluje pomiędzy trzema formami: elektronową, mionową i taonową.

W środku naszej gwiazdy zachodzi nieprzerwana zamiana wodoru w hel. Przy okazji produkowane są olbrzymie ilości energii. W wyniku reakcji zachodzących w Słońcu powstają też neutrina, które po około ośmiu minutach od powstania docierają do Ziemi. Tymczasem energia cieplna powstała w tym samym momencie dociera do nas dopiero po 50 000 lat, gdy wydostanie się na powierzchnię Słońca.

Badania wnętrza gwiazdy są możliwe m.in. dzięki badaniom neutrino. Naukowców szczególnie interesują neutrino powstające w fazie 7Be, krytycznej dla tworzenia się słonecznej energii.

W ciągu ostatnich 10 lat uczeni obserwowali neutrino podczas licznych eksperymentów. Były to jednak cząstki odznaczające się wysoką energią, które są dość rzadkie (występują w stosunku 1:10000 w porównaniu do neutrino niskoenergetycznych). Niewiele więc mówiły o budowie Słońca i tym, co dzieje się w jego wnętrzu. Naukowców interesują jednak bardziej neutrino niskoenergetyczne. Tych nie udało się dotychczas zaobserwować.

Umożliwił to dopiero Borexino, wyjątkowy detektor umieszczony ponad kilometr pod Ziemią.
Borexino znajduje się pod górą Gran Sasso w Apeninach. Detektor jest kulą o średnicy 18 metrów, którą zbudowano z ułożonych koncentrycznie paneli, mających zatrzymywać wszelkie promieniowanie. Naukowcy chcą za jego pomocą badać neutrino, które bardzo słabo reagują z wszelką materią. Dlatego też konieczne stało się odfiltrowanie wszelkich innych cząstek docierających z kosmosu. Celowi temu służy zarówno głębokość, na jakiej umieszczono Borexino, jak i wyjątkowo czyste materiały (miliony razy bardziej czyste niż wykorzystywane przy produkcji układów scalonych), z których zostało stworzone. Ponadto otoczono je 2400 tonami wody, która stanowi dodatkowy filtr.

Wewnątrz wspomnianej kuli znajdują się dwie mniejsze zbudowane z nylonu umieszczone jedna w drugiej. Obie zawierają specjalny organiczny płyn, z tym, że płyn w środkowej kuli jest czystszy. Borexino wypełnione jest siecią 2200 czujników, które rejestrują rozbłyski światła (fotony) powstające, gdy neutrino zderzy się z elektronem w płynie organicznym.

Zbudowanie tak skomplikowanego urządzenia badawczego okazało się konieczne. Obserwacje wysokoenergetycznych neutrino wydawały się potwierdzać obowiązujące teorie, jednak nie dawały ostatecznego dowodu. Do jego uzyskanie konieczne było schwytanie niskoenergetycznego neutrino.

O tym, jak trudnej sztuki dokonano może świadczyć chociażby fakt, że w każdej sekundzie przez ciało każdego mieszkańca Ziemi przenika około 100 bilionów neutrino nie czyniąc nam żadnej szkody.

neutrino Borexino detektor foton elektron