Neutrino ma masę, czyli Super-Kamiokande Sierpień 1998
Wolfgang Pauli - szwajcarski fizyk-teoretyk pochodzenia austriackiego przedstawiając kolegom swoją teorię istnienia neutrina stwierdził, że zrobił straszną rzecz - zaproponował coś, co nigdy nie będzie sprawdzone eksperymentalnie. Aż tak źle jednak nie było. Po prostu teoria znacznie wyprzedziła eksperyment. A oto jak powstała teoria.
Podczas badań właściwości promieniowania jądrowego zaobserwowano szczególną cechę charakterystyczną tylko dla emisji promieniowania beta. W promieniowaniu alfa i gamma wysyłanym podczas jakiejś przemiany jądrowej, cząstki mają jedną lub najwyżej kilka różnych wartości energii, odpowiadających przejściu jądra ze stanu wzbudzenia do stanu podstawowego. Jądro ma zawsze ściśle określone poziomy energetyczne. Nie może osiągać stanu energetycznego pośredniego, gdy proces jest kwantowany. Za to cząstki beta podczas rozpadu promieniotwórczego mogą mieć różne wartości energii.
Badacze nie umieli wyjaśnić istnienia ciągłego rozmytego widma promieniowania beta. W 1931 roku Wolfgang Pauli zaproponował rozwiązanie tego zagadnienia. Wysunął on hipotezę, że wraz z cząstką beta zostaje wysłana z jądra inna cząstka - neutrino o masie spoczynkowej bliskiej zera. Miała ona unosić cześć energii związanej z przemianą jądrową. Taka lekka cząstka, nie obdarzona ładunkiem elektrycznym nie wywołuje na swej drodze znaczniejszych efektów jonizacji i dlatego tak trudno jest ją wykryć. Udało się to dopiero w 1956 roku. Wtedy właśnie zdołano zaobserwować istnienie neutrina.
Okazało się, że przemianom beta towarzyszy emisja neutrin (ni), unoszących ze sobą część energii jądra. W zależności od rodzaju przemiany beta (beta- lub beta+) nazywane są one antyneutrinem (ni kreska) lub neutrinem (ni) i różnią się od siebie kierunkiem spinu. Przemianom beta- (przemiana neutronu w proton) towarzyszy powstanie antyneutrina. Przemianom beta+ (przemiana protonu w neutron) towarzyszy powstanie neutrina.
Neutrina to najpowszechniej spotykane we Wszechświecie cząstki. Przenikają one przez materię praktycznie bez strat. Przez Ziemię przenika 10^11 neutrin na sekundę. Podstawowym ich źródłem w sąsiedztwie Ziemi jest Słońce. Neutrina bardzo słabo oddziałują z materią gwiezdną, przez co łatwo opuszczają obiekt, w którym powstały. Neutrina wykrywa się drogą pośrednią i jest to bardzo trudne. Aparaturę umieszcza się głęboko pod ziemią, żeby odciąć tło pochodzące od promieniowania kosmicznego.
Ostatnio amerykańscy i japońscy naukowcy podali do wiadomości, że udało im się znaleźć dowody potwierdzające teorię, że cząstki neutrino mają masę. Badania przeprowadzone w Japonii są częścią trwającego dwa lata i kosztującego 100 milionów dolarów eksperymentu Super-Kamiokande.
Super-Kamiokande to urządzenie umieszczone 2700 metrów pod ziemią w kopalni Kamioka w japońskich Alpach i otoczone ponad 6-metrowym płaszczem wodnym. Tło promieniowania w tym miejscu wynosi około jednego neutronu na rok. Super-Kamiokande jest wielkim detektorem o pojemności niemal 50 milionów litrów wody o wysokiej czystości, w którego ścianach