Nový rekord nepolapitelného neutrina: váží milionkrát méně než elektron

Je všude kolem nás, ale uniká běžné detekci. Neutrino je subatomární částice – menší než atom, proton i elektron. Je tak titěrná, že se nedá přesně „zvážit“. Určuje se proto horní hranice její hmotnosti. Dosud tato hodnota činila 0,8 elektronvoltu. Mezinárodní experiment KATRIN prokázal, že neutrino je ještě lehčí: 0,45 elektronvoltu – přibližně milionkrát méně, než je hmotnost elektronu. Na měření se zásadně podílel tým vědců z Ústavu jaderné fyziky AV ČR. Výsledky dnes zveřejnil prestižní časopis Science.

Neutrinu se někdy říká záhadná, těžko polapitelná, či dokonce poetická elementární částice. Je takovým „ninjou“ mezi částicemi, který probíhá tiše a neviditelně vším okolo nás a dokonce i skrze nás. Teoreticky její existenci předpověděl už v roce 1930 rakouský fyzik Wolfgang Pauli, experimentálně se pak hypotéza potvrdila o šestadvacet let později.

Muší křídlo na kuchyňské váze
Po celou tu dobu se fyzici snažili zjistit o neutrinech více informací, například určit hmotnost této elementární částice. Jenže je tak nepatrná, že jde o nesmírně náročný úkol. Je to podobné, jako bychom chtěli zvážit muší křidélko na kuchyňské váze. Proto se u neutrina hovoří o „horní hranici hmotnosti“ nikoli hmotnosti samotné.

„Neutrino není elektricky nabité a na přítomnost částic ve svém okolí reaguje extrémně málo. Dalo by se říci, že jeho vážení je dvacettisíckrát obtížnější než vážení druhé nejlehčí částice, elektronu. Faktor dvacet tisíc přitom vyjadřuje poměr ceny aparatury vybudované v projektu KATRIN a odhadnuté ceny zařízení pro stanovení hmotnosti elektronu,“ přibližuje Drahoslav Vénos z Ústavu jaderné fyziky AV ČR.

Drahoslav Vénos z oddělení fyziky těžkých iontů Ústavu jaderné fyziky AV ČR (CC)

Citlivé váhy
Zatím nejcitlivější „váhy“ pro neutrino sestrojili vědci seskupení v mezinárodním projektu KATRIN neboli KArlsruhe TRItium Neutrino experiment. Experimentální zařízení v německém Karlsruhe je obrovské. Celková délka činí 70 metrů, nejdůležitější část – největší speciální elektronový spektrometr na světě – je dlouhý 23 metrů, průměr má 10 metrů a váží 200 tun.

V roce 2022 se podařilo v experimentu KATRIN určit horní hranici hmotnosti neutrina na 0,8 elektronvoltu. Nyní ji ještě posunuli. K určení hmotnosti využili sledování beta rozpadu tritia – nestabilního izotopu vodíku. Přínosem našich vědců byl vývoj silného zdroje plynného kryptonu, který byl pro měření nezbytný.

„Dlouholeté zkušenosti s přípravou radionuklidů, separačními metodami a automatizací procesů nám umožnily bezpečně připravit unikátní kryptonový zdroj požadovaných vlastností,“ vysvětluje Ondřej Lebeda, vedoucí oddělení radiofarmak Ústavu jaderné fyziky AV ČR.

„Z výsledků máme radost. Naše mnohaletá práce na vývoji kalibračního zdroje konverzních elektronů se dočkala uplatnění v tak významném experimentu, jakým je KATRIN, a také díky tomu vznikají klíčové výsledky pro fundamentální fyziku. To je bezpochyby dobrý pocit,“ dodává Drahoslav Vénos.

Experiment KATRIN se nachází v Německu, na jeho práci se ale podílejí vědci z několika zemí světa včetně České republiky.

K čemu je to dobré?
Snaha zjistit hmotnost neutrina láká fyziky dlouhá desetiletí. O první experimentální měření se pokusili v roce 1948, kdy horní limit stanovili na 5000 elektronvoltů – to je přibližně o jedenáct tisíc více, než je aktuální zjištění experimentu KATRIN.

Posunutí horního limitu může vyloučit platnost některých teoretických výpočtů hmotnosti neutrina, a tím i předpokládaných vlastností částice. Nové údaje zpřesňují teorii a kosmologický model vesmíru a můžou vést k hlubšímu pochopení zákonitostí přírody.

U zrodu projektu KATRIN stály v roce 2001 Německo, Rusko, USA, Velká Británie a Česká republika. Mezi velkými státy se ocitla díky vynikajícím zkušenostem vědců z Ústavu jaderné fyziky AV ČR v oblasti spektroskopie elektronů a záření gama, radiochemie a přípravy radionuklidů na urychlovačích.

O neutrinech a experimentu KATRIN se více dozvíte v článku Zdroj kryptonu z Řeže přispěje k odhalení velké záhady neutrin.

Text: Leona Matušková, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR, s využitím tiskové zprávy AV ČR
Foto: Shutterstock; Jana Plavec, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR

Text a fotografie označené CC jsou uvolněny pod svobodnou licencí Creative Commons.

Přečtěte si také

• Žádné dítě není k zahození, říká mladý vědec se zkušenostmi z „Autistánu“
• Světlo jako pomocník při výrobě povrchů inspirovaných přírodou
• Jak dlouho trvá „rok“ na exoplanetách? Doba oběhu zdánlivě kolísá v řádu dní
• Jak vyztužit lidské tělo prostřednictvím biodegradabilních kovů
• Vidět znamená věřit. Altermagnetismus dokazují první mikroskopické snímky
• Epileptický záchvat nepřichází vždy zčistajasna, říká Jaroslav Hlinka
• V Praze odstartovala největší mezinárodní konference o materiálovém modelování
• Z čeho se skládá kosmické záření? Napoví přelomová metoda českého fyzika
• Tuk je možné vydolovat i z tisíce let staré keramiky, říká Veronika Brychová
• Svérázná říše umělé inteligence. Máme se jako lidstvo bát, nebo být nadšení?