Először sikerült megfigyelni, amint egy neutrínó interakcióba lép egy atommaggal: sikerült bizonyítani egy 43 éve megjósolt, de eddig sohasem tapasztalt, “megfoghatatlan” folyamatot. A megfigyelést a világ legkisebb neutrínódetektora segítségével végezték az amerikai Oak Ridge-i Nemzeti Laboratóriumban (ORNL). A neutrínók vizsgálata nagy kihívást jelent, mert nagyon ritkán lépnek kölcsönhatásba anyaggal. Különösen megfoghatatlan a koherens rugalmas neutrínó-mag szóródás, ami akkor történik, ha egy neutrínó “visszapattan” egy atommagról.
A neutrínó (“semlegeske”) a könnyű elemi részecskék egyik fajtája. A részecskék világában nem jelentős gravitáció kivételével csak gyenge kölcsönhatásban vesz részt, erős kölcsönhatásban nem kimutatható. Elektromos töltése nincs, semleges, emiatt elektromágneses kölcsönhatásban sem vesz részt. Ez a magyarázata annak, hogy a neutrínó rendkívül közömbös az anyaggal szemben: egy fényév vastagságú ólomfalon a neutrínóknak mintegy fele haladna át úgy, hogy akár egyetlen atommal ütközne. Neutrínók többféle forrásból is származhatnak, a tudósok a távoli világegyetemből érkezők mellett megkülönböztetnek mesterséges (atomerőművekben keletkező), földi, légköri és napneutrínókat (szoláris neutrínókat).
A COHERENT Collaboration nemzetközi projekt keretében végzett kutatáshoz olyan kis és könnyű detektort használtak a tudósok, melyet egyetlen kutató is könnyedén megemel. A különleges megfigyelés alátámasztja Daniel Freedman fizikus 1974-es elméletét.
“Miért tartott 43 évig megfigyelni ezt az interakciót? Ami megtörtént, az egy kifinomult, nehezen megfogható jelenség” – mondta Juan Collar, a Chicago-i Egyetem professzora. Kiemelte: az elmélet leírásakor maga Freedman sem tartotta valószínűnek, hogy valaha bizonyítást nyer a feltételezés. Ha egy neutrínó egy atommagnak ütközik, akkor alig mérhető módon visszalökődik. A például a jódból, a céziumból vagy a xenonból készült detektorok jelentősen növelik a neutrínó-kölcsönhatás új módjának valószínűségét. Az apró nukleáris visszalökődéseket azonban egyre nehezebb felismerni, ahogyan az atommag nehezebbé válik.
“Úgy kell elképzelni, mintha a neutrínók bowling golyónak ütköző ping-pong labdák lennének, amelyek csak nagyon apró extra lendületet adnak a bowling golyónak” – mondta Collar.
A világ legkisebb neutrínó detektora mindössze 14,5 kilogramm. A világ leghíresebb neutrínókutató központjai olyan detektorokkal vannak felszerelve, amelyek több tonnányit nyomnak. A COHERENT Collaboration kutatásában négy ország és 19 intézmény több mint 80 kutatója vesz részt és több mint egy éven át dolgoztak az eredményért. A tudósok remélik, kísérletük segítheti a titokzatos részecske tulajdonságainak megismerését. A kutatók eredményeikről a Science tudományos lapban számoltak be.
MTI, Oak Ridge National Laboratory, University of Chicago
