Starożytny ołów pomoże łapać neutrina

Wykrywanie neutrin - bardzo przenikliwych cząstek elementarnych - to wciąż niespełnione marzenie wielu dziedzin nauki. Już w latach sześćdziesiątych, kiedy udało się złapać pierwsze sztuki, marzono np. o astronomii neutrinowej. Niestety, w XXI detekcja neutrin wciąż jest trudnym zagadnieniem, a neutrinowa astronomia - w powijakach.

Neutrino - to cząstka o prawie zerowej masie i wielkiej przenikliwości, nie ulegająca tzw. oddziaływaniom silnym i elektromagnetycznym. Pędzące neutrino przechodzi przez całą naszą planetę łatwiej, niż światło przez szkło. Polowanie na neutrina przypomina więc łapanie komarów siatką na motyle, a cząstki te, przebywające bez trudu największe odległości, mogłyby nam wiele zdradzić z tajemnic Wszechświata.

Jak więc w ogóle można takie neutrino zarejestrować? Jedyną przeszkodą dla nich są jądra atomowe, uderzenie neutrina powoduje rozpad jądra, który można zarejestrować. Problem w tym, że szansa na to jest niezwykle mała. Drugi problem w tym, że znacznie częściej w jądra trafiają inne cząstki. Dlatego detektory neutrin buduje się głęboko pod ziemią lub pod wodą, w opuszczonych kopalniach. Staranna izolacja pomaga izolować aparaturę od promieniowania kosmicznego, choć nadal problemem są „fałszywe alarmy", powodowane np. przez rozpad promieniotwórczych izotopów w materiałach, z których zbudowany jest detektor.

Nieoczekiwaną pomocą w skonstruowaniu nowego detektora neutrin we Włoszech będzie... ołów wydobyty z zatopionego dwa tysiące lat temu rzymskiego okrętu, który zostanie użyty do ekranowania aparatury. Może budzić nasze zdziwienie, czemu ten ołów ma być lepszy? Chodzi właśnie o izotopy. Ołów zawsze zawiera pewną ilość swojego radioaktywnego izotopu, ołowiu-210. Rozpad jego cząstek może, jak powiedzieliśmy, zakłócać działanie precyzyjnych detektorów. Ponieważ okres połowicznego rozpadu ołowiu-210 wynosi 22 lata, po dwóch tysiącleciach jego ilość zmalała sto tysięcy razy, więc praktycznie w ogóle już go nie ma. To czyni go idealnym do ekranowania wyjątkowo precyzyjnej aparatury.

Okręt wydobyto dwadzieścia lat temu i już wtedy 150 ołowianych sztabek otrzymał Włoski Narodowy Instytut Fizyki Nuklearnej (INFN), który sfinansował wydostanie okrętu z ładunkiem kwotą 300 milionów lirów. Teraz otrzymał dodatkowo sto dwadzieścia ołowianych sztabek. Z powodów historycznych z każdej sztabki zostanie odcięta część z napisami, pozostałość będzie przetopiona i wykorzystana do budowy podziemnych laboratoriów w Gran Sasso, w Apeninach, półtora kilometra pod ziemią, gdzie zbudowany będzie detektor neutrin. Przy okazji zostaną przeprowadzone badania próbek wydobytych materiałów: ołowiu i miedzi, które pozwolą dowiedzieć się więcej o technologiach, jakie stosowano w starożytnym Rzymie.

ołów starożytny Rzym neutrino detekcja neutrin Istituto Nazionale di Fisica Nucleare