První výsledky z neutrinové observatoře v Sudbury zřejmě potvrzují oscilaci neutrin

Tisíc tun těžké vody v hloubce dvou kilometrů  pomáhá řešit problém, poutající už tři desetiletí pozornost astrofyziků a fyziků elementárních částic:

Kde jsou všechna ta neutrina, která má vyzařovat Slunce?

Neutrina teoreticky předpověděl Wolfgang Pauli už před druhou světovou válkou, v roce 1931. Experimentální potvrzení existence neutrin však na sebe dalo čekat celou čtvrtinu století (C.Cowan a F.Reines, 1956; Reines se za práce spojené s objevem neutrina dočkal ještě mnohem později, v r.1995, Nobelovy ceny za fyziku). Neutrino je totiž velice těžké zachytit.: naprostá většina neutrin prolétá celou Zemí, aniž by se zachytila či rozptýlila. A nejen Zemí. Neutrina, vznikající při jaderných reakcích v nitru Slunce, volně vylétají ven, aniž by pro ně těch pár set tisíc kilometrů vnějších vrstev Slunce představovalo překážku.

Díky tomu mohou detektory neutrin otevřít další "okno do vesmíru" - a to okno, jímž bude možno nahlížet přímo do nitra hvězd. Neutrinová astronomie je samozřejmě pro astrofyziky velkým lákadlem - už při svém zrodu před asi třiceti lety je však postavila před záhadu. První detektory zachycující neutrina ze Slunce jich totiž zachytily téměř třikrát méně, než kolik činily teoretické předpovědi. Znamenalo to, že je něco v nepořádku buď s teoretickými modely slunečního nitra nebo s našimi znalostmi o neutrinech, případně s detektory samotnými. V detektorech to ale nebylo. Nižší než předpovídaný počet neutrin zachycovaly i další detektory až po japonský Super Kamiokande.

Oscilace neutrin

Již dlouho se však přetřásala hypotéza, vysvětlující celou záhadu pomocí  tzv. oscilace neutrin. Neutrin je totiž víc druhů. Rozeznáváme neutrino elektronové, mionové a tauonové. Dosavadní detektory zachycovaly jen elektronová neutrina. Právě ta vznikají i při reakcích v nitru Slunce. Hypotéza oscilace neutrin však předpokládá, že by se neutrina vzájemně proměňovala. Neutrino, které vzniklo jako elektronové, by se tak v průběhu letu měnilo i na libovolný další druh. Není divu, že těch elektronových bychom zachytili méně.

Nový detektor v Sudbury

Nový neutrinový detektor (označovaný i jako "neutrinová observatoř") v niklovém dole poblíž Sudbury v Ontariu umožňuje zachytit i mionová a tauonová neutrina. Zatímco např. v detektoru Super Kamiokande se využívají jen pružné srážky neutrin s elektrony, v detektoru v Sudbury se využívá i reakce neutrina s deuteornem (jádrem těžkého vodíku) daného slabou interakcí zprostředkovanou bosonem W. Výsledkem reakcí jsou nakonec mimo jiné světelné záblesky, pro jejichž detekci obsahuje neutrinová observatoř přes 9 tisíc světelných senzorů a fotonásobičů. Již to dosvědčuje, že konstrukce podobných detektorů je složitým vědeckým a inženýrským dílem. Detektor je navíc odstíněn vrstvou čisté normální vody, takže jeho celková výška se rovná desetipatrovému domu. Nepřekvapí tedy, že se budoval již od začátku devadesátých let a vlastní měření začala až v roce 1999. Zdá se však, že vložená námaha a investice se vyplatí.

Dosavadní první výsledky oznámené v červnu 2001 naznačují první přímý důkaz existence jiných než elektronových neutrin v toku neutrin, který na Zemi dopadá ze Slunce.. I když sudburská observatoř zachycuje jen asi 8 slunečních neutrin denně, zdá se, že výsledky by mohly souhlasit s předpovědí i kvantitativně - čímž by byl letitý problém slunečních neutrin vyřešen.

Zájemci mohou najít další informace na stránce Physics News nebo přímo na stránkách sudburské neutrinové observatoře (SNO). Stránek o neutrinové astronomii je ovšem na webu víc - viz například astronomický snímek dne ze 17.května na serveru www.astro.cz.  

Na stránkách SNO najdete i zmínku o tom, že oscilace neutrin znamenají, že alespoň některé druhy neutrin musí mít nenulovou klidovou hmotnost a proč to může být důležité pro vývoj Vesmíru jako celku. Tamtéž budou zřejmě v budoucnu i další nejčerstvější informace o naměřených hodnotách a o tom, jaký význam mají pro náš pohled na elementární částice, nitro hvězd a Vesmír jako celek.

Podle internetových stránek Physic News a SNO zpracoval Leoš Dvořák.