Neutrina jsou přízračné částice. Létají proklatě rychle a dokážou prostupovat hmotou. Vaším tělem jich právě teď procházejí stovky miliard.

Proto se jim říká částice duchů.

Vědci pracující na projektu Forward Search Experiment (FASER) je dokázali zaznamenat ve Velkém hadronovém urychlovači (LHC) poblíž Ženevy. Svůj objev, který částicoví fyzici označují za přelomový,  popisují ve vědecké databázi arXiv.

"First Direct Observation of Collider Neutrinos with FASER at the LHC"
FASER Collaboration
https://t.co/c0XCntvdD0@CERN #neutrino #hepex pic.twitter.com/IKR2j1T9oF

— Neutrino Arxiv preprints ⚛️ (@nuarxiv) March 27, 2023

Neutrina jsou hned po fotonech nejrozšířenější subatomární částice ve vesmíru. Špatně se však „chytají“.

Vědci ve své studii upozorňují, že se jim podařilo první přímé pozorování neutrin v urychlovači. „Objevili jsme neutrina ze zcela nového zdroje – urychlovače částic, kde se srážejí svazky částic s extrémně vysokou energií," cituje magazín Science Alert částicového fyzika Jonathana Fenga z Kalifornské univerzity ve městě Irvinu.

Analýza těchto částic pomůže lépe pochopit, jak vznikají, jaké mají vlastnosti a jakou úlohu hrají ve vývoji vesmíru.

Občas i ‚duch‘ narazí

Neutrina se rodí například při jaderné fúzi uvnitř hvězd nebo také při explozích supernov. Mohou ale vznikat i na Zemi, třeba při radioaktivním rozpadu hornin, anebo v důsledku lidské činnosti – v jaderných elektrárnách.

New #LHC experiments enter uncharted territory.

The first observation of collider neutrinos by @FASERexperiment and SND@LHC paves the way for exploring new #physics scenarios.

Find out more: https://t.co/ovv0nMquKr pic.twitter.com/BskvR0eYLB

— CERN (@CERN) March 22, 2023

Přestože si jich každodenně nevšímáme, fyzikové se domnívají, že jejich hmotnost, jakkoli je nepatrná, ovlivňuje gravitaci vesmíru.

Vlastnosti neutrin jsou každopádně úchvatné. Nemají elektrický náboj, téměř žádnou klidovou hmotnost, a přitom umí procházet běžnou hmotou, s atomárními obaly na sebe vůbec nepůsobí. Každým centimetrem čtverečním vaší pokožky prolétne za sekundu kolem 60 miliard neutrin, z nichž většina vznikla ve Slunci.

Interakce neutrin s hmotou ale není absolutně nulová. Odhaduje se, že za průměrný lidský život se v těle jedno neutrino zachytí.

Když se tato částice duchů srazí s jinou částicí, vznikne slabý záblesk světla. Právě takové záblesky mohou zaznamenávat podzemní detektory, izolované od ostatních zdrojů záření. Detektory byly postaveny také v mořské vodě či hluboko v antarktickém ledu. Fyzici nicméně vyhledávají vysokoenergetická neutrina z urychlovačů částic, protože dosud nejsou prozkoumána jako neutrina s nízkými energiemi.

„Tato vysokoenergetická neutrina nám mohou říct o hlubokém vesmíru věci, které bychom se jinak nemuseli dozvědět. Jsou prostě důležitá pro to, abychom lépe pochopili jevy v částicové astrofyzice,“ říká fyzik Jamie Boyd z Evropské organizace pro jaderný výzkum (CERN), který se na zmíněné studii podílel

Máme jistotu. Jsou to neutrina

Fyzici pozorovali neutrina v urychlovači u Ženevy pomocí emulzního detektoru, který se skládá z tenkých wolframových desek prokládaných vrstvami emulzní fólie.

Wolfram byl vybrán pro svou vysokou hustotu, která zvyšuje šanci na interakce neutrin. Celkem se detektor skládá ze 730 emulzních filmů a celková hmotnost wolframu je zhruba jedna tuna.

Během srážek částic některá z neutrin narážela do jader v hustých kovech a procházela vrstvami emulze. Za sebou přitom zanechávala stopy.

Tyto stopy vědci zpracovali tak, aby byly viditelné a poskytly vodítka o energiích částic, jejich vůních – a také o tom, zda to skutečně jsou neutrina.

Šest kandidátů na neutrina bylo identifikováno již v roce 2021. Nyní vědci svůj objev potvrdili na základě dat z modernizovaného urychlovače LHC, který byl spuštěn loni, a to s hladinou významnosti 16 sigma.

Tato hodnota znamená, že pravděpodobnost náhodného vzniku signálů je nízká – téměř nulová. V částicové fyzice přitom stačí ke klasifikaci objevu hladina významnosti 5 sigma.

Enrico Fermi, autor první teorie popisující chování neutrin, který těmto částicím také dal název, by nepochybně zajásal.