Známá neutrina, elementární částice ze skupiny leptonů, jsou divná. Ale sterilní neutrino je ještě divnější. Jde o stále ještě hypotetickou částici, která by na rozdíl od třech známých neutrin, tj. elektronového, mionového a tauonového, neměla podléhat vlivu slabé interakce. Rozuměla by pouze vlivu gravitace. Pokud sterilní neutrino existuje, tak se právě kvůli tomu zatím uniká soudobým experimentům.
Na počátku příběhu sterilního neutrina byl americký experiment LSND (Liquid Scintillator Neutrino Detector) v Los Alamos National Laboratory. Byl to vlastně scintilační detektor, který zjišťoval počet neutrin uměle vytvořených na urychlovači. Tvořila ho nádrž se 167 tunami minerálního oleje a 6,4 kilogramy organického scintilačního materiálu. Při reakcích neutrin v takovém detektoru vzniká Čerenkovovo záření, které v tomto případě detekovalo 1220 fotonásobičů.
Cílem experimentu, který probíhal v letech 1993 až 1998, bylo pátrat po kvantově mechanickém jevu oscilace neutrin. Výsledky ovšem fyziky ohromily, i když poněkud jinak, než čekali. Jsou totiž v rozporu se standardním modelem, který na základě řady dalších experimentů ohledně oscilací neutrin očekával pouze zmíněná tři neutrina. Výsledky experimentu LSND jsou dodnes považovány za vysoce kontroverzní a následující experimenty je obvykle vyvracely nebo zpochybňovaly.
Jenomže příznivci sterilního neutrina se nevzdali. Bojují za něj třeba v americkém Fermilabu na experimentu MiniBooNE (Mini Booster Neutrino Experiment). Během nedávného výzkumu tam tým MiniBooNE Collaboration zjistil takové množství oscilací neutrin, že to potvrzuje zmíněné kontroverzní výsledky experimentu LSND z devadesátých let. Na Wikipedii se dokonce u experimentu MiniBooNE v těchto dnech objevila pozoruhodná suše znějící věta, která zní stejně slibně jako děsivě: „This represents a significant deviation from known physics.“
Experiment MiniBooNE vypadá na první pohled podobně jako experiment LSND. Obsahuje zdroj neutrin, který pálí do nádrže s 800 tunami minerálního oleje, kde hlídá záblesky záření 1280 fotonásobičů. En-Chuan Huang z týmu MiniBooNE Collaboration se ale dušuje, že experimenty jsou natolik odlišné, že shoda jejich výsledků rozhodně stojí za pozornost.
V novém výzkumu na experimentu MiniBooNE vědci pozorovali oscilace neutrin, při nichž se neutrina mění na elektronová neutrina. Citlivé fotonásobiče v tomto případě sledovaly záblesky, k nimž docházelo při srážkách neutrin a jejich antihmotových protějšků antineutrin. Celkem detekovali 2437 takových interakcí, což je o zhruba 460 více, než kolik jich podle standardního modelu očekávali. Vysvětlením by mohlo být, že se do oscilací neutrin zapojují právě tolik hledaná sterilní neutrina.
Když badatelé MiniBooNE Collaboration zkombinovali svoje výsledky a data experimentu LSND, tak se dostali na statistiku 6,1 sigma, což stručně řečeno znamená, že jim fyzici musejí věnovat pozornost. Jak už to v případě sterilních neutrin bývá zvykem, i tenhle výsledek se hned dostal pod palbu kritiky. Velkým problémem je, že jiné významné neutrinové experimenty, jako je například evropský experiment OPERA (Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus), nic podobného nenašly. Sterilní neutrina nevystopovala ani antarktická IceCube Neutrino Observatory a nedávný poprask kolem údajně scházejících antineutrin kolem jaderných reaktorů, který naznačoval existenci sterilních neutrin, se nakonec ukázal být poněkud trapnou chybou.
Sterilní neutrina jsou mezi kandidáty na částice temné hmoty. Pokud ale experimenty MiniBooNE a LSND jsou skutečně na stopě sterilního neutrina, tak bude poměrně lehké. Prý příliš lehké na to, aby vysvětlilo fenomén temné hmoty. Na druhou stranu, pokud existuje lehké sterilní neutrino, mohly by třeba existovat i těžší sterilní neutrina a to by už byla jiná káva.
Shoda výsledků experimentů MiniBooNE a LSND by tím pádem mohla být nějakou zvláštní anomálií, která vyplývá z povahy neutrin nebo experimentálních zařízení. Na druhou stranu je ale také prý ve hře vcelku reálná možnost, že se mýlí ostatní neutrinové experimenty. V takovém případě bychom možná konečně objevili novou fyziku a museli překopávat standardní model částicové fyziky a celého vesmíru. Příběh sterilních neutrin budeme i nadále sledovat.
Video: Sterile neutrinos and seesaws
Video: The Search for Sterile Neutrinos in IceCube
Literatura
Live Science 1. 6. 2018, arXiv:1805.12028.
Oscilace neutrin – cesta k nové fyzice
Autor: Vladimír Wagner (21.04.2010)
První přímé pozorování oscilace mionového neutrina na tauonové
Autor: Vladimír Wagner (01.06.2010)
Nadsvětelnou rychlost neutrin má na svědomí špatně zapojený kabel
Autor: Redakce (23.02.2012)
První výsledky neutrinového experimentu Daya Bay
Autor: Vladimír Wagner (11.03.2012)
Agónie nové fyziky pokračuje: Observatoř IceCube nenašla sterilní neutrina
Autor: Stanislav Mihulka (10.08.2016)
Diskuze:
Sterilni neutrina jsou temna hmota
Petr Mareš1,2018-08-26 00:34:31
Predpokladejme, ze "temnou hmotu" tvori neutrina. Hustota temne hmoty je cca 2.10^-27 kg/m^3. Predpokladejme, ze neutrino ma hmotnost 4.10^-40 kg. Tzn. ze jejich pocet je 5 bilionu na metr krychlovy. Aby se nam pak v tom olejovem tanku nesrazela nejaka neutrina navic!
Re: Sterilni neutrina jsou temna hmota
Petr Mareš1,2018-08-26 09:22:49
Takové vysvětlení:
Jak jsme odhadli, prahová teplota pro vznik neutrin je Tn=2,6 K. Jelikož současná teplota reliktního záření je T=2,735 K, mohou v současnosti neutrina vznikat z reliktního záření a jsou s ním v termodynamické rovnováze. Pokusme se zjistit, jakou hustotu mají tato neutrina, a zdali mohou tvořit temnou hmotu, které je podle sondy WMAP 22,7%, podle sondy Planck 26,8% hmoty ve Vesmíru. Vyjdeme z hustoty reliktního záření která je ρ=1,22.10-32.T4=6,8.10-31 kg/m3. Hustota záření v rozpínajícím se Vesmíru klesá se čtvrtou mocninou škálového faktoru (z+1)4, zatímco hustota hmoty klesá pouze s mocninou třetí (z+1)3, kde z=1089 je červený posun v reliktním záření. Neutrina tak budou hustší faktorem (z+1)=1090 tj. ρ=7,4.10-28 kg/m3. Nyní ještě zohledníme efektivní počet neutrin v termodynamické rovnováze vzhledem k fotonům reliktního záření. Neutrino má efektivní počet druhů částic v termodynamické rovnováze 7/4. Existují ale 3 druhy neutrina, elektronové, tauonové a mionové. Z toho nám vyjde efektivní počet neutrin 3.7/4. Fotonů existují 2 druhy (spin). Neutrin tak bude více než reliktních fotonů faktorem (7/4).(3/2)=2,625x. Tzn. celková hustota neutrin je ρn=2.10-27 kg/m3. Kolik % je to z celkové hmoty Vesmíru? Hustota Vesmíru je rovna hustotě kritické tj. ρc=3.H2/(8π.G)≈8,4.10-27 kg/m3. Neutrina tak tvoří 24% hmoty Vesmíru, což je v rámci chyb měření dostatečný důvod k tvrzení, že alespoň ve velké většině tvoří „temnou hmotu“.
Ktoré je ktoré ?
Palo Fifunčík,2018-06-05 13:06:34
Zaujíma ma , či a ako v detektore je možné rozoznať rôzne typy týchto druhov neutrín, a ako resp. podla čoho sa poníma to "sterilné" neutríno ??? Ďakujem .
Omezený okruh znalostí
Richard Vacek,2018-06-05 09:33:36
Možná je okruh znalostí, které je lidstvo schopno získat, omezený. Stejně, jako je omezený u koček, psů, nebo mravenců. A stejně jako oni si ani lidé svou hranici neuvědomují.
Jen tak
Tomáš Toegel,2018-06-04 09:01:07
Z pohledu amatera se mi zda fyzika poslednich par let jako hon na carodejnice. Mozna v minulosti tomu nebylo jinak. O tento obor se zajimam jen poslednich cca 10 let. Kazdopadne jsem pomerne mlady a doufam, ze se za meho zivota se ona carodejnice najde a potvrdi. Urcite pujde o velmi prevratne zjisteni, co vlastne je ta temna hmota/energie nebo se uplne vyvrati jeji existence. Tak jako tak, pujde o novou fyziku.
Re: Jen tak
Daniel Konečný,2018-06-04 10:02:33
On to tak nějak hon na čarodějnice je. Stávající teorie pevně stojí a jen se potvrzují stále dokola, přesto víme, že to není vše a tak se snažíme lapat částice stále nepolapitelnější... problém je, že vesmír nezajímají nějaké možnosti našeho experimentálního ověřování. Pokud jsou jisté hypotézy správné,takový graviton nemusí třeba být experimentálně zkoumán nikdy. Ani za milion let, prostě nikdy a basta a budeme jenom dál hádat.
Re: Re: Jen tak
Milan Krnic,2018-06-04 18:19:55
To bychom se museli nejprve trochu pohnout z místa. Jenže zase jak bychom tak asi komunikovali po galaxii ... takže to "nikdy" je s největší pravděpodobností správně.
Re: Re: Jen tak
Václav Dvořák,2018-06-04 21:00:06
Tak mluvit o milonu let, navíc ve spojení se slovíčkem nikdy, tak tomu se můžu tak akorát s chutí zasmát :)))
A to přitom jen před 200 lety akademici tvrdili, že se lidi ve vlaku jedoucím více než tuším 40km/h udusí :)))
Celkově mluvit v současné době o možnostech vědy a technologií ve výhledu na víc než dejme tomu 50 let bych považoval za zcela pomýlené nebo pomatené. Nebo za beletrii.
Re: Re: Re: Jen tak
Milan Krnic,2018-06-04 21:26:57
Jenže vědecký pokrok v této oblasti se poslední dobou prakticky nerozvíjí, navzdory překotnému vývoji v dekádách předchozích, navíc kdekdo hovoří o nutnosti nalézt novou fyziku, a je tedy otázkou, kde se právě nacházíme. To samozřejmě ukáže až budoucnost.
Racionálně vzato, abyste byl schopen popsat nějaký systém, musíte mít nadhled. No a ten pro mnohé v rámci naší soustavy můžeme mít těžko, a i kdybychom v pojetí sci-fi uchopili galaxii (tj. monitorovali jí v reálném čase), co to je oproti Vesmíru. Anebo jsou tu jiné možnosti, od simulace, po jedno velké akvárium :)
Re: Re: Re: Jen tak
Daniel Konečný,2018-06-05 07:49:17
Já to snad prezentuji nějak jinak, než pouhou možnost? Jsem si nevšiml. Tak pro pomalejší doplňuji, že nejde o mou víru, ale spekulaci. Je to stejně (ne)validní, jako mnohem rozšířenější přehnaný optimismus, že nadsvětelný pohon a galaktická civilizace je jen otázkou času, který ale nevyvolá žádnou novou diskuzi jako tvrzení, že vesmír prostě nemusí nutně být z naší strany poznatelný ať už prakticky (graviton) nebo z principu (pod horizontem událostí). Smějte se jak chce, ostatně pokud je to pravda, nic jiného ani nezbývá:)
Re: Re: Re: Re: Jen tak
Richard Palkovac,2018-06-05 09:24:43
Slovicko "nikdy" by som urcite nepouzil, podstata vesmíru a celého nasho sveta totiz moze byt ovela, ovela jednoduchsia a dosiahnutelnejsia, ako sa nam to v sucasnosti javi.
Re: Re: Re: Re: Re: Jen tak
Milan Krnic,2018-06-06 17:37:07
Nikdy je na místě do doby, než se ukáže alespoň nějaké světlo na konci tunelu. Pak bude na místě tvrzení přehodnotit, a hlavně, slavit!
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Jen tak
Václav Dvořák,2018-06-07 00:50:29
Nikdy není namístě ve fyzice nikdy!
Takhle kdyby existoval bezesporný matematický důkaz o nekonečně platné povaze "nikdy" v tomto vesmíru, tak budiž!
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Jen tak
Daniel Konečný,2018-06-08 08:05:50
A to slovíčko "třeba" je asi nedetekovatelné
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Jen tak
Václav Dvořák,2018-06-08 23:29:48
Tak pravil agnostik! Amen!
Re: Jen tak
Vaclav Prochazka,2018-06-09 22:45:12
Myslím, že nikoliv ....
Není důvod něco potvrzovat a nebo nedej bože (jsem ateista) objevit ...
Podstatné je v současné vědě čerpat granty ...
A na to potřebujete publikovat, psát ohromující články, třeba ve smyslu, že už jste na kraji epochálního objevu...
Jo a jsou určitě dobré 3D obrázky, nějaké pěkné barevné, a nebát se revolučních myšlenek a příslibů, že už už jste na to konečně skoro přišel ...
Hlavně nesmíte jít proti proudu a zpochybňovat dvě klíčové teorie fyziky - kvantovku a nebo OTR. To byste pak byl kacíř a to je špatné ...
Obě teorie jsou totiž dokonalé ... Od doby svého vzniku dávají spousty příslibů, ale potřebujete pořád dražší a dražší přístroje na jejich "ověřování" ... :)
Věda je business, věda není o poznání, rozšíření obzorů. Dnešní věda je mašina na prachy ....
Žijeme ve světě, kdy jsou vypracované postupy jak zfixlovat jakýkoliv výzkum, aby se na to nepřišlo. Podvádí skoro každý. Pak jsou tu také omyly. Někdo uvádí, že např. 25% prací publikovaných o genomu je zmršeno automatickými opravami v excelu, které přeházeli písmenka kódu :-))
Re: Re: Jen tak
Roman Sobotka,2018-06-10 22:01:42
Nebudu komentovat vas pohled na vedu, mate asi nejaky duvod byt zapskly. A verim, ze mate detailni prehled o praci mnoha tisicu jednotlivych tymu, kdyz vite, ze podvadi skoro kazdy. Ale proboha, kde jste vzal v pracich o genomu (lidskem?) ten excel? Nejaky link?
Re: Re: Re: Jen tak
Vaclav Prochazka,2018-06-12 12:11:47
Prosím pěkně neověřoval jsem si, zda je to pravda....
Petr Slavíček - Omyly ve vědě
má pěkné povídání i o podvodech ve vědě, kde uvádí postupy jak se má správně podvádět:))) ...
Bohužel i do jiných autorů se lze domnívat, že kdo dnes ve vědě nepodvání (nějakým způsobem) tak snad ani nemůže být úspěšný ...
Prosím třeba farmaciie má dnes vypracované postupy, jak zfixlovat jakoukoliv klinickou studii, tak aby se na to nepřišlo. Lékaři dostávají školení od konzultantů... https://www.youtube.com/watch?v=bgV5cKGWm_U
Re: Re: Re: Re: Jen tak
Roman Sobotka,2018-06-14 08:58:57
Jsem profesi vedec a nemyslim, ze neuspesny:
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=sobotka+r+NOT+cancer
A podvadet nemusim. Osobne znam urcite >100 dalsich uspesnych vedcu (vcetne tech super-uspesnych, clenu Royal Society v UK apd), vim co delaji, a nemam zadne indicie, ze by podvadeli. V zakladnim vyzkumu se podvadi, falsuji data. Tlak na publikovani v top journalech, a pokuseni si neco vylepsit, je obrovsky. Ale vase tvrzeni, ze bez podvadeni nelze, je nesmysl. Nema to nijak hrozne rozmery. Naopak, kdo zacne vedome falsovat data, tak to vetsinou dlouho neustoji. Vedci v danem oboru zacnou tusit, ze neco neni v poradku, reputace je ve vede pomerne hodne zasadni. Ten clovek muze jeste nejakou dobu fungovat (coz se bohuzel deje), ale ostatni ho prestanou brat vazne. A to je fakticky konec kariery.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
