Aktualności (nie tylko) fizyczne
Nowe pomysły
Spełniona OPERA
„Liebe Radioaktive Damen und Herren”, tak zaczyna się słynny list Wolfganga Pauliego, w którym, 80 lat temu, dla ratowania zasady zachowania energii w rozpadach beta, w akcie rozpaczy, zarysował ideę istnienia bezmasowej, neutralnej cząstki, która tak słabo oddziałuje z materią, że „prawdopodobnie nigdy nie uda się jej wykryć”. Tę hipotetyczną cząstkę Enrico Fermi nazwał neutrinem.
Neutrina udało się jednak zaobserwować, ale dopiero ćwierć wieku później, wykorzystując reaktor jako źródło. Następnie doświadczalne potwierdzenie znalazła sugestia, że elektron i mion mają osobne neutrina. W tym samym czasie (1957–1969) Bruno Pontecorvo uzmysłowił sobie, a następnie rozwinął swoje przypuszczenie, że jeżeli jest więcej niż jeden rodzaj neutrin oraz ich masy nie są dokładnie równe zeru, to mogą one zamieniać się (oscylować) jedne w drugie. W 1968 roku Ray Davis przeprowadził kolejny „nieprawdopodobny” eksperyment neutrinowy. Wykrył, za pomocą wyławiania pojedynczych atomów argonu, powstałych w wyniku reakcji , z olbrzymiego zbiornika wypełnionego czterochlorkiem etylenu (tetrachloroetylenem ), neutrina produkowane w Słońcu. Jego współpracownikiem był John N. Bahcall, który opracował model działania Słońca, oszacował strumień neutrin i spodziewane prawdopodobieństwo ich reakcji z chlorem. Okazało się, że tylko około jednej trzeciej spodziewanego argonu jest produkowane, co mogło być interpretowane jako sygnał oscylacji. Trzeba było jednak kolejnych trzydziestu lat, żeby ostatecznie przekonać do tego społeczność naukową.
Eksperymenty z neutrinami są bardzo trudne, a każdy postęp wymaga pomysłowości, czasu i sporych funduszy. Zadaniem, ktore postawił przed sobą zespół badawczy OPERA (Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus), było znalezienie pozytywnego sygnału zamiany w locie neutrina mionowego w trzeci znany rodzaj: neutrino taonowe. Między innymi w tym celu zaprojektowana została wiązka neutrin mionowych z CERN do podziemnego laboratorium wydrążonego przy okazji budowy tunelu pod masywem Gran Sasso. Eksperymentalnym wymogiem było zaobserwowanie rozpadu produkowanego leptonu tau, który przemierza zaledwie około milimetra. Dlatego sercem detektora uczyniono automatycznie usuwalne bloki z ołowiu przekładanego światłoczułą emulsją. Blok, wskazany przez system wyzwalania, był wyjmowany do analizy.
Po siedmiu latach przygotowań, trzech latach zbierania danych i przeanalizowaniu około jednej czwartej zebranego materiału, znaleziono jednego kandydata, który przeszedł wszystkie stadia wyrafinowanej selekcji. Spodziewano się około połowy poszukiwanego przypadku oraz kilka razy mniej przypadków tła.
Choć wynik nie jest zaskakujący i wymaga potwierdzenia, to istotnie powiększa naszą wiedzę o neutrinach oraz o tym, co jest, a co nie jest możliwe do zaobserwowania.