Jako subatomowy produkt uboczny rozpadu radioaktywnego, maleńkie neutrino nie było nawet teoretyzowane o istnieniu aż do prawie wieku temu. Po włosku mała neutralna, to podstawowa cząsteczka bez części wewnętrznych i ładunku elektrycznego.

Zarówno nieszkodliwe, jak i wszechobecne, około 300 reliktowych neutrin pochodzących z bilionowych części sekundy po Wielkim Wybuchu przechodzi przez mały palec w każdej sekundzie. A ponieważ rzadko wchodzą w interakcje ze zwykłą materią, mogą również przechodzić przez gwiazdy i planety jak gorący nóż krojący masło.

Chociaż jeszcze nie zdradzili wszystkich swoich sekretów, wciągająca nowa książka „Cząstki duchów: w poszukiwaniu nieuchwytnego i tajemniczego neutrina” przybliża nam, czego my, ludzie, dowiedzieliśmy się o nich od 1930 roku. Współautorzy Alan Chodos, profesor naukowy na University of Texas w Arlington i znany dziennikarz naukowy James Riordon analizują to, czego dowiedzieliśmy się o neutrinach i jak możemy je wykorzystać we wszystkich formach nauk stosowanych.

Wytwarzane naturalnie poprzez rozbłyski promieniowania gamma, supernowe, reakcje jądrowe w naszej własnej gwieździe i rozpad cząstek głęboko w Ziemi, są również produktami ubocznymi akceleratorów cząstek i współczesnych reaktorów jądrowych. Być może najbardziej przerażające jest to, że po raz pierwszy wykryto je jako następstwo testów broni jądrowej z lat czterdziestych XX wieku w Nowym Meksyku.

Oto pięć wniosków z książki.

—- Zbadanie tła neutrin kosmicznych blisko początku czasu

Kosmiczne tło neutrin datuje się na około jedną sekundę po Wielkim Wybuchu. Gdyby takie reliktowe neutrina można było zbadać, autorzy zauważają, że ujawniłyby one najwcześniejszy wszechświat w sposób, który dotychczas umykał kosmologom.

Ale wykrycie tego wczesnego tła neutrin jest wciąż w toku. Proponowane Princeton Tritium Observatory for Light, Early-wszechświat Massive-neutrino Yield (PTOLEMY) może ujawnić to tło neutrin, szukając próbek trytu, które wykazują elektrony o nieco podwyższonych poziomach energii, zauważają autorzy.

Autorzy zauważają, że pomysł polega na wykorzystaniu około 100 gramów trytu, czyli około jednej czwartej dostępnej na rynku rocznej podaży, aby odróżnić elektrony pochodzące z naturalnego rozpadu trytu od elektronów indukowanych przez reliktowe neutrina. Byłoby to jednak niemałym wyczynem i wymagałoby precyzyjnego pomiaru jednej części na 50 000.

—- Wykorzystanie neutrin jako systemu wczesnego ostrzegania o wybuchach supernowych

Pierwsze neutrina wykryte z gwiazdy, która ma przejść w supernową, miały miejsce 36 lat temu. To było zaledwie kilka godzin przed wybuchem słynnej supernowej 1987A w naszej sąsiedniej galaktyce karłowatej, Wielkim Obłoku Magellana.

Autorzy zauważają, że kilka neutrin, które pojawiły się w trzech detektorach naziemnych, było niewielką częścią tych, które wyszły z supernowej z 1987 roku, ponieważ około 99 procent energii supernowej przechodzi w neutrina.

Pomysł polega na wykorzystaniu istniejącej sieci Super Nova Early Warning System (SNEWS 2.0) do identyfikowania gwiazd, które wkrótce staną się supernowymi. Patrząc na synchronizację sygnałów w detektorach neutrin, SNEWS 2.0 może wykonać triangulację, aby zlokalizować region nieba, w którym ma się pojawić supernowa, piszą Chodos i Riordon.

Mamy nadzieję, że ta rozrastająca się sieć naziemnych obserwatoriów neutrin wkrótce ujawni neutrina sprzed wybuchu supernowej nawet w centrum Drogi Mlecznej, piszą autorzy.

—- Używanie neutrin do łapania narodów naruszających porozumienia o nierozprzestrzenianiu broni jądrowej

Inspektorzy nuklearni ONZ nie zawsze mają łatwy dostęp do monitorowania reaktorów jądrowych danego kraju, które mogą być również wykorzystywane do wytwarzania uranu nadającego się do broni. Ale neutrino może stanowić obejście kontroli na miejscu.

Autorzy zauważają, że pierwszym detektorem neutrin, którego celem jest zademonstrowanie technologii zdalnego monitorowania produkcji plutonu w reaktorach, jest Water Cherenkov Monitor for Antineutrins (WATCHMAN). Z głębokości 1000 metrów pod ziemią, wewnątrz kopalni soli Boulby w północnej Anglii, WATCHMAN przetestuje ten pomysł w przyszłym roku, szukając neutrin pochodzących z oddalonej o około 25 kilometrów elektrowni jądrowej Hartlepool.

—- Używanie neutrin do badania głębokiego wnętrza Ziemi

Jeśli neutrina mogą być sztucznie wytwarzane przy energiach kilku bilionów elektronowoltów, mogą stać się bardziej interaktywne z otoczeniem. Dałoby to zatem geologom środki, aby dowiedzieć się znacznie więcej o głębokim wnętrzu Ziemi w sposób podobny do tomografii medycznej.

Ale aby wygenerować tak wysokoenergetyczne neutrina, autorzy zauważają, że prawdopodobnie potrzebny byłby podwodny pierścień akceleratora cząstek o średnicy około 24 kilometrów. Pomysł polega na przyspieszeniu protonów do 20 bilionów elektronowoltów (20 TeV), a następnie rozbiciu ich na celu w celu wytworzenia wiązki cząstek, które następnie rozpadają się na neutrina o wysokiej energii.

—- ET może używać wiązek neutrin do modyfikowania gwiazd w celu sygnalizacji międzygwiezdnej

Wysoce zaawansowane cywilizacje pozaziemskie mogą modyfikować pulsujące gwiazdy zmienne cefeidy za pomocą wiązek neutrin o niezwykle wysokiej energii w celu przesyłania informacji w całej galaktyce. Autorzy powołują się na artykuł z 2012 roku, który ukazał się w czasopiśmie Współczesna fizyka.

Pomysł polega na tym, że ET może używać pulsujących wiązek neutrin do modyfikowania okresu pulsacji cefeidy gwiazdy zmiennej. W artykule zauważono, że takie wiązki neutrin mogą generować sygnaturę binarną gwiazdy, składającą się z normalnego okresu pulsacji połączonego ze sztucznie wyzwalanym neutrinem, skróconym okresem.

Cefeidy byłyby naturalnym wyborem, ponieważ można je zobaczyć z dużych odległości, a jak podkreślają autorzy artykułu, każde rozwijające się społeczeństwo technologiczne, takie jak nasze, prawdopodobnie postrzegałoby je jako znaczniki odległości. Autorzy artykułu proponują zatem, abyśmy przeszukali te gwiazdy zmienne w poszukiwaniu wzorców wskazujących na inteligentne sygnały.

A jeśli chodzi o książkę?

„Ghost Particle” zasługuje na trwałość przez dziesięciolecia.

Obserwuj mnie na Świergot lub LinkedInie. Wymeldować się moja strona internetowa lub inne moje prace tutaj.