Podcast: Zázrak v kvantové fyzice. Vědci zachytili neviditelnou částici s energií tisícového roje komárů

Před pěti lety hlásili fyzici zabývající se fungováním vesmíru důležitý objev, že naměřili výskyt gravitačních vln, které předpověděl již Albert Einstein. Ve stejném roce se na jižním pólu odehrál jiný pozoruhodný úkaz, o němž se nejspíš budou učit studenti ve vysokoškolských skriptech. V arktické krajině zachytila Neutrinová observatoř IceCube částici, která zde ukončila svou miliony let dlouhou pouť. Čím byla natolik zvláštní?

Podcast: Migrace učinila z Anglie velmoc, říká překladatel Shakespeara Martin Hilský

Podle výsledků zveřejněných v časopise Nature se jednalo o neutrino s obří energií. „Neutrina jsou relativně běžné částice, které máme všude kolem sebe, akorát o nich nevíme. Mají totiž speciální vlastnost, na rozdíl od ostatních běžných částic jako elektrony nebo protony, které tvoří společně s neutrony atomová jádra a atomy, tak neutrina nemají žádný elektrický náboj a interagují se zbytkem světa pouze prostřednictvím slabé jaderné síly, a proto se dokáží velmi dobře ukrývat před snahami o jejich detekci,“ vysvětlil Michal Malinský z Ústavu částicové a jaderné fyziky Karlovy univerzity. Neutrina tak putují vesmírem dlouhé roky skrz téměř cokoliv a málokdo si jich všimne.

Podle Malinského nejsou tyto částice vůbec vzácné a na Zemi dopadají ze Slunce kvanta neutrin s různou energií. „Každým čtverečním centimetrem našeho těla každou sekundu projde několik desítek miliard neutrin. Jsou to neutrina pocházející z jádra Slunce, ale my jsme dokonce ponoření v moři neutrin, která zbyla po velkém třesku při vzniku vesmíru,“ řekl kvantový fyzik. 

6 tisíc komárů

Přesto na Zemi dopadlo jedinečné neutrino, jaké lidé do té doby nenaměřili. Na jižním pólu ho zachytila Neutrinová observatoř IceCube, která má v hloubce přibližně kilometr pod ledem na dlouhých provazech navěšené skleněné koule, jimiž dokáže detekovat průlet neutrin. Odkud k nám částice s obří energií doputovala, netušíme, ale observatoř podle Malinského rozeznala alespoň směr. „Nevíme přesně, jak neutrino mohlo vzniknout. S velkou pravděpodobností se jedná o kosmického tuláka, který k nám přiletěl z nějaké velmi vzdálené galaxie. Pravděpodobně se zrodil v některém z aktivních galaktických jader při extrémně energetických procesech, které takto aktivní galaktická jádra umějí, a nejspíš putoval miliony let, než to neutrino interagovalo v arktickému ledu,“ komentoval odborník, jak vznikla tato pozoruhodná částice, jejíž energií jsou vědci fascinovaní.

Podcast: Na Rusy se musí tvrdě, Kulhánek to teď nesmí pokazit! Připomíná mi mladého mě, říká Kocáb

Podle Malinského mělo neutrino 6 petaelektronvoltů, což je energie naprosto neslýchaná z hlediska běžných dějů v částicové fyzice. „Jeden teraelektronvolt je energie, kterou má komár, když na vás sedne. Jenomže komár je tvořen zhruba deset na dvacátou částicemi. To je ohromné množství částic. Představte si, že takto velká energie je nesena jednou částicí. A ta částice, co jsme měřili v roce 2016 je ještě zhruba šest tisíckrát větší, než je jeden teraelektronvolt. Takto energetické částice jsou extrémně vzácné,“ připodobnil množství energie, kterou mělo neutrino, Michal Malinský. A to, že dopadlo zrovna do oblasti, kde se neutrina měří, a reagovalo s další částicí, je až zázračné štěstí. 

Teorie za Nobelovku

Einstein se svého objevu nedočkal, neboť první gravitační vlna byla zachycená až sto let po jeho objevu. Sheldon Lee Glashow se naopak jistého zadostiučinění dočkal. V roce 1979 byl za svůj model, co se stane, když neutrino reaguje s látkou, odměněn Nobelovou cenou za fyziku. V roce 2021 bylo potvrzeno, že jeho výpočty byly správné. 

Podcast: Během krize lidé skupují umění. I dílo za pár tisíc může být dobrá investice, říká Matyáš Kodl

„Glashowova rezonance je určitý proces, který může podstoupit neutrino o určitě energii, pomocí kterého můžeme říct, že se jednalo o neutrino nebo antineutrino. Ten proces je unikátní v tom, že nefunguje u neutrina, která mají výrazně nižší nebo vyšší energie. V tomto případě se trefilo právě do černého a tím, že došlo ke Glashowově procesu, na sebe prozradilo to, že je to antineutrino, tedy antilátka,“ vysvětlil vědec potvrzení přes 40 let starou hypotézu.

O zjišťování stáří částic vody nebo o využití kvantové fyziky v současné technice, promluvil vědec Michal Malinský v pořadu Blesk Podcast: