Dlaczego cząstki neutrino są ważne? - Sílvia Bravo Gallart

Lekcja w całości pod adresem: http://ed.ted.com/lessons/why-neutrinos-matter-silvia-bravo-gallart

Cząstki elementarne są najmniejszymi znanymi cząstkami budulcowymi wszechświata, a neutrino jest niemal najmniejszą z najmniejszych. Te maleńkie neutrino mogą odkryć przed nami wiedzę o najdalszych i najbardziej ekstremalnych zakątkach wszechświata, ale jedynie wtedy, gdy uda nam się je złapać. Silvia Bravo Gallart szczegółowo opisuje, w jaki sposób pracuje w tym celu teleskop IceCube na Antarktydzie.

Lekcja: Sílvia Bravo Gallart, animacja: Steff Lee.

Są wszędzie,
ale żadnej nie da się zobaczyć.

Biliony przenikają cię w tej sekundzie,

ale nie możesz ich poczuć.

Te cząstki-duchy nazywają się neutrina
i gdyby dały się złapać,

mogłyby udzielić informacji
o najdalej położonych

i najbardziej ekstremalnych
środowiskach we wszechświecie.

Neutrino to cząstki elementarne,

czyli, że nie da się ich podzielić
na mniejsze części, jak atomu.

Cząstki elementarne
to najmniejszy znany budulec

wszystkiego we wszechświecie,

a neutrino jest
najmniejsze z najmniejszych.

Z masą milion razy
mniejszą niż elektron,

neutrina łatwo przenikają materię,
ignorując pola magnetyczne.

W zasadzie prawie nigdy
nie reagują z niczym.

Mogłyby przemierzać
wszechświat w linii prostej

przez miliony, a nawet miliardy lat,

bezpiecznie niosąc informację
o tym, skąd przybywają.

Skąd zatem pochodzą?

Prawie zewsząd.

Produkuje je nasze ciało
z radioaktywnego rozpadu potasu.

Promieniowanie kosmiczne,
które uderza w atomy ziemskiej atmosfery,

produkuje deszcz cząstek neutrino.

Produkowane są przez reakcje
nuklearne wewnątrz Słońca

i przez rozpad radioaktywny
wewnątrz Ziemi.

Można je też generować
w reaktorach nuklearnych

i akceleratorach cząstek.

Ale neutrina o najwyższej energii
rodzą się daleko w przestrzeni kosmicznej

w środowiskach, o których
wiemy bardzo mało.

Tam daleko, coś,
może super-gęste czarne dziury

albo może jakieś kosmiczne dynamo,
które nauka ma dopiero odkryć,

przyspiesza promieniowanie kosmiczne
do energii ponad milion razy większej

niż prędkość uzyskana w akceleratorach
stworzonych przez człowieka.

To promieniowanie kosmiczne,
z którego większość to protony,

gwałtownie reaguje
z otaczającą materią i promieniowaniem

i wytwarza silnie naładowane
cząstki neutrino,

które rozsypują się
jak kosmiczna bułka tarta

i które mogą poinformować o położeniu

i wnętrzu najpotężniejszych
kosmicznych silników we wszechświecie.

Oczywiście, jeśli dadzą się złapać.

Ograniczone interakcje cząstek neutrino
z innymi cząstkami materii

mogą uczynić z nich doskonałych kurierów,

ale też bardzo utrudniają ich wykrywanie.

Żeby je wykryć, można na przykład
umieścić na ich drodze

dużą ilość przenikalnego materiału
i poczekać, jak same się ujawnią

w zderzeniu z jądrem atomu.

To właśnie odbywa się
w IceCube na Antarktydzie,

w największym na świecie

teleskopie do cząstek neutrino.

Umieszczony w bryle lodu

objętości km kwadratowego

oczyszczonej pod ciśnieniem

przez tysiące lat
gromadzenia się lodu i śniegu,

aż lód osiągnął
prawie największą przejrzystość na Ziemi.

Choć cząstki przechodzą przez odwierty
z ponad 5000 wykrywaczy,

większość kosmicznych neutrin,
które pędzą przez IceCube

nigdy nie pozostawi śladu.

Ale może dziesięć razy w roku
pojedyncze, silnie naładowane neutrino

zderza się z cząsteczką lodu
i wystrzeliwuje iskry

silnie naładowanych cząstek subatomowych

które przenikają lód
szybciej, niż światło.

Podobnie jak samolot naddźwiękowy

powoduje przy przekraczaniu
prędkości dźwięku grom dźwiękowy,

te ponadświetlnie naładowane cząstki

zostawiają za sobą snop błękitnego światła

- coś w rodzaju błysku fotonów.

To światło rozprasza się w IceCube

i uderza w niektóre wykrywacze
ponad półtora kilometra pod powierzchnią.

Powielacze fotonów umieszczone w rurach
wzmacniają sygnał,

który zawiera informacje o drodze
i potencjale naładowanej cząstki.

Dane z tych doświadczeń
otrzymują astrofizycy na całym świecie,

którzy obserwują wyemitowane światło

żeby zbadać cząstki neutrino,
które je uwolniły.

Te wysokoenergetyczne zderzenia
są tak rzadkie,

że naukowcy w IceCube nadają imię
każdej cząstce neutrino,

na przykład Big Bird
albo Doktor Strangepork.

IceCube zaobserwował już

największą energię kosmiczną
niesioną do tej pory przez neutrino.

Wykryte w IceCube cząstki neutrino
powinny w końcu ujawnić nam,

skąd pochodzi promieniowanie kosmiczne
i jak osiąga tak wielki ładunek energii.

Światło, od podczerwieni
do promieni X i Gamma

ukazuje nam coraz bardziej niezwykłe

i zaskakujące poglądy na Wszechświat.

Znajdujemy się dopiero u zarania

ery astronomii cząstek neutrino,

i nie wiemy jeszcze,
jakie odkrycia

o najgwałtowniejszych
i najpotężniejszych zjawiskach

we Wszechświecie.

przyniosą IceCube
i inne teleskopy do badania neutrino.