Vědci zřejmě poprvé detekovali v urychlovači LHC nepolapitelná neutrina

Mezinárodnímu týmu Forward Search Experiment (FASER) se poprvé v historii podařilo na urychlovači v CERNu detekovat částice, které by mohly být neutriny.

Neutrina jsou základní částice, které poprvé věda předpověděla roku 1931. Tehdy fyzik Wolfgang Pauli popsal hypotézu, která ukazovala, že by měly existovat takové částice – a dokonce popsal, jak by měly vznikat. Jenže najít důkaz bylo mnohem složitější, podobně jako třeba u předpovědi černých děr. To se povedlo až o čtvrt století později.

Jenže od té doby je s neutriny stále problém – protože mají velice malou hmotnost (vědci dokonce dlouhou dobu uvažovali o tom, že by mohla mít hmotnost nulovou), dají se jen nesmírně obtížně detekovat. A už vůbec se je nedařilo objevovat při rozpadech částic v  urychlovačích, jaké jsou třeba v CERNu.

To se teď ale změnilo. Skupina fyziků totiž v odborném žurnálu Physical Review D popsala, že šest neutrinových interakcí pozorovali během experimentů roku 2018 – od té doby se pokoušeli pozorování ověřovat. Experiment proběhl ve Velkém hadronovém urychlovači (LHC) v zařízení CERN poblíž Ženevy ve Švýcarsku.

„Před zahájením tohoto projektu nebyly na urychlovači částic pozorovány žádné známky neutrin,“ uvedl spoluautor studie profesor Jonathan Feng. „Tento významný průlom je krokem k hlubšímu pochopení těchto nepolapitelných částic a jejich role ve vesmíru.“

Podle něj objev učiněný během pilotního projektu poskytl jeho týmu dvě zásadní informace. „Zaprvé ověřil, jaká poloha je správným místem pro detekci neutrin z urychlovače,“ řekl Feng. „Zadruhé jsme prokázali, že právě emulzní detektor je vhodný k pozorování těchto druhů interakcí neutrin.“

Jak spatřit nespatřitelné

Přístroj se skládal z olověných a wolframových destiček střídaných vrstvami emulze. Během srážek částic na LHC některá z produkovaných neutrin narážejí do jader v hustých kovech a vytvářejí částice, které procházejí vrstvami emulze a vytvářejí stopy, které jsou po zpracování viditelné. Tyto otisky poskytují vodítka o energiích částic, jejich vůních a o tom, zda se jedná o neutrina nebo antineutrina.

Podle Fenga funguje emulze podobně jako fotografie v době před digitálními fotoaparáty. Když je film vystaven světlu, fotony na něm zanechávají stopy, které se po vyvolání filmu odhalí jako obrazce. Výzkumníci z FASERu byli podobně schopni pozorovat interakce neutrin po odstranění a vyvolání vrstev emulze detektoru.

„Poté, co tým FASER ověřil účinnost přístupu emulzního detektoru pro pozorování interakcí neutrin vznikajících na urychlovači částic, připravuje nyní novou sérii experimentů s kompletním přístrojem, který je mnohem větší a podstatně citlivější,“ řekl Feng. Zatímco pilotní detektor vážil asi 64 kilogramů, přístroj FASERu bude mít více než 2400 kilogramů a bude mnohem reaktivnější a schopnější rozlišovat jednotlivé druhy neutrin.

Od roku 2019 se Feng spolu se svými kolegy připravuje na provedení experimentu s přístroji FASER, který má zkoumat temnou hmotu na urychlovači LHC. Doufají, že se jim podaří detekovat takzvané temné fotony, což by vědcům umožnilo poprvé nahlédnout do toho, jak temná hmota interaguje s běžnými atomy a ostatní hmotou ve vesmíru prostřednictvím negravitačních sil.

„Vzhledem k výkonu našeho nového detektoru a jeho prvotřídnímu umístění v CERNu očekáváme, že v příštím běhu LHC, který začne v roce 2022, budeme schopni zaznamenat více než 10 tisíc neutrinových interakcí,“ uvedl spoluautor výzkumu David Casper. „Budeme detekovat neutrina s nejvyššími energiemi, která kdy byla vyprodukována z lidmi vytvořeného zdroje.“

Podle něj je FASER unikátní v tom, že zatímco jiné experimenty dokázaly rozlišit jeden nebo dva druhy neutrin, tento experiment bude schopen pozorovat všechny tři vůně a jejich antineutrinové protějšky. Casper uvedl, že v celé historii lidstva bylo pozorováno pouze asi 10 tau neutrin, ale očekává, že jeho tým bude schopen během příštích tří let tento počet zdvojnásobit nebo ztrojnásobit.

Výběr redakce

Aktuálně z rubriky Věda

V klinické studii uspěla první vakcína proti melanomu

Společnost Moderna ve spolupráci s farmaceutickou firmou Merck vyvinula personalizovanou terapii proti rakovině, která v pokročilé fázi klinického testování v kombinaci s přípravkem Keytruda snížila riziko návratu a šíření melanomu. Nová léčba je téměř o polovinu účinnější než doposud používané léky. Pokud dojde ke schválení, mohla by výrazně zvýšit pravděpodobnost lidí po operaci melanomu, že se jim nemoc už nevrátí.
před 2 hhodinami

Podívejte se, jak silné je letošní sucho v kontextu dekády

Desítky satelitních snímků ukazují, jak závažné je v Evropě letos sucho a horko, respektive jak se projevují jejich dopady na rostliny.
před 5 hhodinami

Když vyschne řeka, život se do ní měsíce nevrátí, popisují vědci

Obnova života ve vodním toku po jeho vyschnutí může s příchodem dešťů trvat až dva měsíce. Čím déle trvá sucho, tím složitěji se ryby a další organismy vrací. Kritická hranice jsou čtyři týdny. Pokud sucho trvá déle, mohou podle hydrobiologických výzkumů uhynout všechny vodní organismy, uvedl Martin Rulík z olomoucké přírodovědecké fakulty. Další zátěží je podle něj vysoká teplota vody, která spolu s úbytkem kyslíku vytváří nejhorší podmínky.
před 7 hhodinami

Astronomové objevili nejrychlejší hvězdu Mléčné dráhy. Sprintuje kolem černé díry

Astronomové objevili nejrychlejší známou hvězdu v naší galaxii, Mléčné dráze, která obíhá kolem černé díry v jejím středu. Hvězda, která dostala jméno S301, obíhá svou černou díru o hmotnosti čtyř milionů Sluncí rychlostí 25 tisíc kilometrů za sekundu. Navíc se k ní přibližuje víc než jakákoli jiná dosud pozorovaná hvězda, a to tak blízko, že pociťuje účinky rotace černé díry.
včera v 17:01

Svatyně u Nymburka byla o tisíc let starší než Stonehenge

Jako rituální centrum spojené s pohyby Slunce a Měsíce sloužila přes 6500 let stará svatyně nedaleko obce Chleby na Nymbursku. Na jejím výzkumu pracují archeologové pod vedením vědců z Fakulty filozofické Západočeské univerzity v Plzni (FF ZČU). Nově zjistili, že jde o jeden z nejstarších monumentů ve střední Evropě.
včera v 13:16

Ukrajinský útok na Roskosmos mohl způsobit Rusku závažné škody

Rusko je ve svém vesmírném programu odkázané na neustálou výrobu nových raket Sojuz, nedisponuje totiž stroji, které mohou startovat opakovaně. Víkendový útok na jedno ze zařízení státního podniku Roskosmos proto mohl způsobit výrobci raket a satelitů velké problémy.
včera v 12:03

Moderní ženy mají pánev jako neandertálci, muži se vydali jinou evoluční cestou, zjistili vědci

Výsledky nového výzkumu naznačují, že pánve moderních mužů prošly při evoluci většími změnami, zatímco pánve moderních žen zůstávají „archaické“. Mužům tato změna dala podle vědců lepší schopnosti chůze a běhu na dlouhé vzdálenosti – díky jedinečnému mechanismu, který je schopný vynikajícím způsobem tlumit nárazy i účelně akumulovat energii.
včera v 11:07

Amazonský prales se sám regeneruje díky klíčovým stromům

Amazonský prales má pozoruhodnou schopnost obnovy. Když člověk vykácí část lesa a později ji opustí, o návrat vegetace se podle nové brazilské studie stará především malá skupina několika desítek druhů stromů. Přibližně 15 až 25 druhů dokáže rychle osídlit zničenou půdu, vytvořit podmínky pro návrat dalších rostlin a zároveň začít znovu ukládat uhlík.
včera v 10:16

Evropský pohled

ČT24 každý den vybírá z obsahu publikovaného evropskými veřejnými médii, členy Eurovize.