Są nazywane „cząstkami-duchami” i od dziesięcioleci stanowią jedną z największych zagadek fizyki. Neutrina, bo o nich mowa, bombardują naszą planetę nieustannie, przenikając przez materię niemal bez śladu. Jednak najnowsze analizy sugerują, że w przypadku cząstek o najwyższej energii, nasza planeta przestaje być dla nich „niewidzialna”. Nasz serwis informacyjny przygląda się najnowszym doniesieniom ze świata nauki, które mogą zmienić postrzeganie fundamentalnych praw fizyki.
Kosmiczni goście, których nie widać
W każdej sekundzie przez każdy centymetr kwadratowy Twojego ciała przelatują miliardy neutrin. Pochodzą one głównie ze Słońca, ale także z gwałtownych zjawisk kosmicznych, takich jak wybuchy supernowych czy aktywne jądra galaktyk. Przez lata naukowcy opierali się na założeniu, że neutrina prawie w ogóle nie oddziałują ze zwykłą materią. To właśnie ta cecha sprawia, że są tak trudne do wykrycia – mogą przebyć lata świetlne ołowiu, nie zderzając się z niczym.
Jednak sytuacja zmienia się diametralnie, gdy mówimy o neutrinach wysokoenergetycznych. Fizycy od dawna przewidywali, że przy odpowiednio wysokich energiach prawdopodobieństwo zderzenia neutrina z atomem materii (tzw. przekrój czynny) powinno wzrastać. Oznacza to, że dla najbardziej energetycznych cząstek Ziemia nie jest już przezroczystą kulą, ale staje się tarczą, która pochłania część kosmicznego promieniowania.
IceCube: Detektor ukryty w lądolodzie
Kluczem do zrozumienia tego zjawiska jest obserwatorium IceCube, zlokalizowane na biegunie południowym. To gigantyczny detektor cząstek wbudowany głęboko w antarktyczny lód. Wykorzystuje on tysiące czujników optycznych do rejestrowania błysków światła, które powstają w rzadkich momentach, gdy neutrino uderza w atom lodu.
Jak donosi niemiecki portal naukowy Scinexx, badacze przeprowadzili szczegółową analizę danych zebranych przez IceCube, skupiając się na neutrinach o energiach tysiące razy wyższych niż te, które można wytworzyć w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC). Celem było sprawdzenie, czy przewidywania Modelu Standardowego fizyki cząstek sprawdzają się w tak ekstremalnych warunkach. Wyniki są fascynujące: naukowcom udało się zmierzyć, jak wiele z tych potężnych cząstek zostaje zatrzymanych przez masę naszej planety, zanim dotrą do detektora po przejściu przez jądro Ziemi.
Model Standardowy wciąż niepokonany?
Analiza wykazała, że liczba neutrin docierających do detektora „od dołu” (czyli tych, które musiały przelecieć przez całą kule ziemską) jest wyraźnie mniejsza w zakresie najwyższych energii, niż liczba neutrin docierających z horyzontu. To bezpośredni dowód na to, że Ziemia działa jak filtr.
Co istotne, zmierzony stopień absorpcji jest zdumiewająco zgodny z teoretycznymi przewidywaniami Modelu Standardowego. Choć wielu fizyków po cichu liczyło na odkrycie anomalii, która mogłaby otworzyć drzwi do „Nowej Fizyki” (np. wskazując na istnienie dodatkowych wymiarów czy nieznanych cząstek), obecne dane potwierdzają naszą dotychczasową wiedzę. Zgodność pomiarów z teorią przy energiach rzędu 6 gigaelektronowoltów (PeV) jest triumfem współczesnej fizyki, ale jednocześnie pozostawia pewien niedosyt wśród poszukiwaczy rewolucyjnych odkryć.
Badania te mają kluczowe znaczenie nie tylko dla fizyki cząstek, ale i dla geofizyki. Skoro wiemy dokładnie, jak neutrina są pochłaniane przez materię, możemy w przyszłości wykorzystać te cząstki do „prześwietlania” wnętrza Ziemi, podobnie jak promienie rentgenowskie prześwietlają bagaż na lotnisku. To otwiera drogę do badania gęstości jądra Ziemi z precyzją, jaka nie jest dostępna dla tradycyjnych metod sejsmicznych. Dalsze obserwacje z wykorzystaniem planowanej rozbudowy detektora IceCube-Gen2 z pewnością dostarczą jeszcze dokładniejszych danych, które pozwolą nam lepiej zrozumieć te nieuchwytne cegiełki wszechświata.
