V roku 1950 museli zamestnanci University of California podpísať vyhlásenie o lojálnosti, ktoré obsahovalo aj paragrafy zakazujúce akúkoľvek spoluprácu s komunistickými organizáciami. Desiatky ľudí toto vyhlásenie odmietli podpísať a niektorí z nich prišli následne o zamestnanie. Prepustení boli zrejme ľudia, u ktorých bolo viac či menej dôvodné podozrenie, že ich motívom nebolo len hájenie základných akademických slobôd, ale že skutočne s komunistami prinajmenšom sympatizovali, ak nie priamo spolupracovali. Jack Steinberger, bývalý Fermiho študent, bol jedným z prepustených.
V roku 1950 sa zmenil život ešte jednému z Fermiho bývalých študentov. Počas svojej návštevy Fínska z ničoho nič zmizol taliansky fyzik Bruno Pontecorvo. Päť rokov sa o ňom nič určité nevedelo, potom začal publikovať články v sovietskych odborných časopisoch aj v dennej tlači. Tak svet sa dozvedel, že jeho zmiznutie bolo v skutočnosti emigráciou do Sovietskeho zväzu.
O ďalších 30 rokov emigroval opačným smerom – zo Sovietskeho zväzu do Fínska a potom do Británie – plukovník KGB Oleg Gordievskij. Mnohé z informácií, ktoré poskytol britskej tajnej službe, boli neskôr zverejnené. A tak sa svet dozvedel, že Bruno Pontecorvo bol agentom KGB. .oscilácie neutrín
Vo fyzike neutrín zohral len málokto podobne významnú úlohu, ako tento kágebák. Už sme v tejto sérii písali o Wolfgangovi Paulim, ktorý neutrína vymyslel a bol presvedčený, že ich nikto nikdy experimentálne pozorovať nebude. Pontecorvo teoreticky preskúmal možnosti experimentov s neutrínami a v roku 1946 navrhol niekoľko možných spôsobov záchytu neutrín. Jedným z nich bol záchyt neutrín jadrami chlóru.
V tejto sérii sme už písali aj o Raymondovi Davisovi, ktorý realizoval experiment založený na spomínanom Pontecorvovom návrhu. Svojím prvým experimentom Davis ukázal, že v jadrovom reaktore neutrína nevznikajú. Svojím druhým, oveľa slávnejším experimentom Davis zistil jednak to, že neutrína prichádzajúce zo Slnka naozaj dokážeme zachytiť, a jednak to, že ich je trikrát menej, než by ich malo byť. Pontecorvo našiel geniálne vysvetlenie pre Davisom objavený deficit slnečných neutrín. Vysvetlenie, ktoré by si zrejme zaslúžilo Nobelovu cenu. Aj keď v tomto prípade je asi celkom príjemné, že nobelovská komisia nebola celkom spravodlivá. Predsa len – KGB je KGB.
Pontecorvo v princípe vyriešil problém slnečných neutrín ešte skôr, ako ho Davis objavil. Základom riešenia bola takzvaná oscilácia neutrín, t.j. schopnosť neutrína premeniť sa spontánne na nejakú inú časticu a potom späť na neutríno. Takéto pozoruhodné správanie bolo v tom čase pozorované u iných častíc (ktoré sa volajú neutrálne K-mezóny) a Pontecorvo sa ako prvý začal zaoberať myšlienkou, že niečo podobné by mohli robiť aj neutrína. No a ak by to robili, potom by sa časť neutrín zmenila počas cesty zo Slnka na Zem na antineutrína a Davisov exeriment by ich nedokázal zaregistrovať.
Mimochodom, v prvej (nesprávnej) verzii Pontecorvovej teórie neutrínových oscilácií sa neutrína menili na antineutrína a späť. Inšpiráciou k tejto predstave mu bola, okrem iného, aj jedna dezinformácia týkajúca sa neúspešného Davisovho experimentu s detekciou neutrín pochádzajúcich z jadrového reaktora. Davis sa snažil zaregistrovať neutrína pri reaktore, pri ktorom sa Cowan s Reinesom snažili registrovať antineutrína. Davis bol neúspešný, Cowan s Reinesom úspešní. Dôvod bol jednoduchý: antineutrína v reaktore vznikali, ale neutrína nie.
Pontecorvo sa však v Sovietskom zväze vraj dopočul mylnú informáciu, že Davis predsa len nejaké neutrína zaregistroval. Jeho interpretácia bola nasledovná: ak dochádza k osciláciám, t.j. spontánnym vzájomným premenám, medzi neutrínami a antineutrínami, potom časť antineutrín z reaktora sa premení na neutrína a práve tie zaregistroval Davis.
Lenže, ako sme už povedali, Davis v skutočnosti v tomto experimente nezaregistroval nič. Dôvod bol jednoduchý: pri osciláciách neutrín nedochádza k premene na antineutrína, ale na niečo iné. .druhé neutríno
To niečo iné je iné neutríno. O tom, že okrem Pauliho neutrín by mohol existovať ešte jeden typ neutrín, začal uvažovať Pontecorvo ešte pred svojou emigráciou k Veľkému bratovi. Pre toto iné neutríno používal Pontecorvo názov neutretto, dnes mu hovoríme miónové neutríno (pôvodnému Pauliho neutrínu hovoríme elektrónové neutríno). V roku 1959 navrhol Pontecorvo experiment, ktorý by mohol zistiť, či existujú naozaj dva rôzne typy neutrín. V roku 1962 zrealizovali v Brookhavene neďaleko New Yorku takýto experiment Leon Lederman, Melvin Schwartz a Jack Steinberger. Nuž, a zistili, že neutrína sú naozaj dvoch typov. V roku 1988 za to získali Nobelovu cenu. Takže Steinberger bol nakoniec asi celkom rád, že ho svojho času vyhodili z Berkley v Kalifornii, čo ho prinútilo hľadať si miesto niekde inde.
A ako ten slávny experiment vyzeral? Najprv sa urýchlili protóny na časticovom urýchľovači, vtedy najväčšom, a v obrovskej rýchlosti sa nechali vraziť do jadier berýlia. Pri týchto zrážkach vznikalo množstvo nových častíc, najmä takzvaných piónov. Pióny sú nestabilné častice a rýchlo sa rozpadajú, pričom jedným z produktov rozpadu sú ďalšie častice, ktoré sa volajú mióny. Ale ani tie nie sú stabilné a rozpadajú sa, pričom jedným z produktov rozpadu sú práve neutrína.
Lederman, Schwartz a Steinberger nechali všetky postupne vznikajúce častice prejsť filtrom, ktorý zachytil všetko, okrem tých neutrín (filtrom bola 13 metrov hrubá oceľová stena postavená z plátov opancierovania starých bojových lodí). Za filtrom umiestnili detektor, ktorý bol schopný niektoré z neutrín zachytiť. Ak by neutrína, pochádzajúce z rozpadov miónov, boli rovnaké ako Pauliho neutrína (vznikajúce pri rádioaktívnom rozpade jadier), potom by po ich záchyte v detektore vznikali elektróny. V skutočnosti však elektróny nevznikali, namiesto nich vznikali mióny. Lederman, Schwartz a Steinberger z toho usúdili (v duchu pôvodnej Pontecorvovej myšlienky), že rozpad a vznik miónu je sprevádzaný vznikom a zánikom špeciálneho typu neutrína. Tomuto neutrínu hovoríme, ako sme už spomínali, miónové neutríno. .hmotnosti neutrín
S myšlienkou, že pri osciláciách neutrín sa nemení neutríno na antineutríno, ale jeden typ neutrína na iný typ neutrína (elektrónové na miónové) a späť, prišiel ako prvý – no kto asi? Áno, bol to Bruno Pontecorvo. Dnes máme veľké množstvo experimentálnych dôkazov, že to naozaj prebieha týmto spôsobom, pričom do hry vstupuje ešte aj tretí typ neutrín, takzvané tau-leptónové neutrína.
Problém deficitu slnečných neutrín má teda takéto riešenie: Na Slnku vznikajú elektrónové neutrína, z ktorých časť sa po ceste na Zem premení na miónové alebo tau-leptónové neutrína (poznámka pre znalcov: v skutočnosti neoscilujú neutrína, ale kvantovomechanické amplitúdy pravdepodobnosti namerania jednotlivých typov neutrín). Davisov experiment bol citlivý len na elektrónové neutrína, a preto ich nameral podstatne menej, než sa očakávalo. Medzitým však ľudia urobili rafinovenejšie experimenty, v ktorých merali aj miónové a tau-leptónové neutrína, na ktoré sa v rámci oscilácií premenili pôvodne elektrónové neutrína zo Slnka. Súčet všetkých typov neutrín bol pritom presne taký, aký sa očakával. Problém slnečných neutrín dnes už nie je problémom, je to úplne dobre pochopená časť fyziky, pričom to pochopenie je úplne v duchu pôvodnej Pontecorvovej myšlienky neutrínových oscilácií.
O neutrínach nám však tieto oscilácie nehovoria len to, že sa môžu spontánne premieňať z jedného typu na druhý. Hovoria nám ešte niečo iné. K osciláciám totiž môže dochádzať len v prípade, že rôzne typy neutrín majú rôzne hmotnosti. To však znamená, že neutrína nemôžu mať nulové hmotnosti, ako sa dlhé roky predpokladalo (rozdiel dvoch nulových hmotností nemôže byť nenulový). Z existencie neutrínových oscilácií teda vieme okrem iného aj to, že neutrína majú hmotnosť. Nikomu sa síce ešte nepodarilo neutrína odvážiť, ale aj tak vieme, že ich hmotnosť je nenulová. Vieme to len nepriamo, ale sme si takmer istí. Teda tak istí, ako si pri neutrínach môžeme byť. Všetko je pri nich isté len do najbližšieho prekvapenia.
V roku 1950 sa zmenil život ešte jednému z Fermiho bývalých študentov. Počas svojej návštevy Fínska z ničoho nič zmizol taliansky fyzik Bruno Pontecorvo. Päť rokov sa o ňom nič určité nevedelo, potom začal publikovať články v sovietskych odborných časopisoch aj v dennej tlači. Tak svet sa dozvedel, že jeho zmiznutie bolo v skutočnosti emigráciou do Sovietskeho zväzu.
O ďalších 30 rokov emigroval opačným smerom – zo Sovietskeho zväzu do Fínska a potom do Británie – plukovník KGB Oleg Gordievskij. Mnohé z informácií, ktoré poskytol britskej tajnej službe, boli neskôr zverejnené. A tak sa svet dozvedel, že Bruno Pontecorvo bol agentom KGB. .oscilácie neutrín
Vo fyzike neutrín zohral len málokto podobne významnú úlohu, ako tento kágebák. Už sme v tejto sérii písali o Wolfgangovi Paulim, ktorý neutrína vymyslel a bol presvedčený, že ich nikto nikdy experimentálne pozorovať nebude. Pontecorvo teoreticky preskúmal možnosti experimentov s neutrínami a v roku 1946 navrhol niekoľko možných spôsobov záchytu neutrín. Jedným z nich bol záchyt neutrín jadrami chlóru.
V tejto sérii sme už písali aj o Raymondovi Davisovi, ktorý realizoval experiment založený na spomínanom Pontecorvovom návrhu. Svojím prvým experimentom Davis ukázal, že v jadrovom reaktore neutrína nevznikajú. Svojím druhým, oveľa slávnejším experimentom Davis zistil jednak to, že neutrína prichádzajúce zo Slnka naozaj dokážeme zachytiť, a jednak to, že ich je trikrát menej, než by ich malo byť. Pontecorvo našiel geniálne vysvetlenie pre Davisom objavený deficit slnečných neutrín. Vysvetlenie, ktoré by si zrejme zaslúžilo Nobelovu cenu. Aj keď v tomto prípade je asi celkom príjemné, že nobelovská komisia nebola celkom spravodlivá. Predsa len – KGB je KGB.
Pontecorvo v princípe vyriešil problém slnečných neutrín ešte skôr, ako ho Davis objavil. Základom riešenia bola takzvaná oscilácia neutrín, t.j. schopnosť neutrína premeniť sa spontánne na nejakú inú časticu a potom späť na neutríno. Takéto pozoruhodné správanie bolo v tom čase pozorované u iných častíc (ktoré sa volajú neutrálne K-mezóny) a Pontecorvo sa ako prvý začal zaoberať myšlienkou, že niečo podobné by mohli robiť aj neutrína. No a ak by to robili, potom by sa časť neutrín zmenila počas cesty zo Slnka na Zem na antineutrína a Davisov exeriment by ich nedokázal zaregistrovať.
Mimochodom, v prvej (nesprávnej) verzii Pontecorvovej teórie neutrínových oscilácií sa neutrína menili na antineutrína a späť. Inšpiráciou k tejto predstave mu bola, okrem iného, aj jedna dezinformácia týkajúca sa neúspešného Davisovho experimentu s detekciou neutrín pochádzajúcich z jadrového reaktora. Davis sa snažil zaregistrovať neutrína pri reaktore, pri ktorom sa Cowan s Reinesom snažili registrovať antineutrína. Davis bol neúspešný, Cowan s Reinesom úspešní. Dôvod bol jednoduchý: antineutrína v reaktore vznikali, ale neutrína nie.
Pontecorvo sa však v Sovietskom zväze vraj dopočul mylnú informáciu, že Davis predsa len nejaké neutrína zaregistroval. Jeho interpretácia bola nasledovná: ak dochádza k osciláciám, t.j. spontánnym vzájomným premenám, medzi neutrínami a antineutrínami, potom časť antineutrín z reaktora sa premení na neutrína a práve tie zaregistroval Davis.
Lenže, ako sme už povedali, Davis v skutočnosti v tomto experimente nezaregistroval nič. Dôvod bol jednoduchý: pri osciláciách neutrín nedochádza k premene na antineutrína, ale na niečo iné. .druhé neutríno
To niečo iné je iné neutríno. O tom, že okrem Pauliho neutrín by mohol existovať ešte jeden typ neutrín, začal uvažovať Pontecorvo ešte pred svojou emigráciou k Veľkému bratovi. Pre toto iné neutríno používal Pontecorvo názov neutretto, dnes mu hovoríme miónové neutríno (pôvodnému Pauliho neutrínu hovoríme elektrónové neutríno). V roku 1959 navrhol Pontecorvo experiment, ktorý by mohol zistiť, či existujú naozaj dva rôzne typy neutrín. V roku 1962 zrealizovali v Brookhavene neďaleko New Yorku takýto experiment Leon Lederman, Melvin Schwartz a Jack Steinberger. Nuž, a zistili, že neutrína sú naozaj dvoch typov. V roku 1988 za to získali Nobelovu cenu. Takže Steinberger bol nakoniec asi celkom rád, že ho svojho času vyhodili z Berkley v Kalifornii, čo ho prinútilo hľadať si miesto niekde inde.
A ako ten slávny experiment vyzeral? Najprv sa urýchlili protóny na časticovom urýchľovači, vtedy najväčšom, a v obrovskej rýchlosti sa nechali vraziť do jadier berýlia. Pri týchto zrážkach vznikalo množstvo nových častíc, najmä takzvaných piónov. Pióny sú nestabilné častice a rýchlo sa rozpadajú, pričom jedným z produktov rozpadu sú ďalšie častice, ktoré sa volajú mióny. Ale ani tie nie sú stabilné a rozpadajú sa, pričom jedným z produktov rozpadu sú práve neutrína.
Lederman, Schwartz a Steinberger nechali všetky postupne vznikajúce častice prejsť filtrom, ktorý zachytil všetko, okrem tých neutrín (filtrom bola 13 metrov hrubá oceľová stena postavená z plátov opancierovania starých bojových lodí). Za filtrom umiestnili detektor, ktorý bol schopný niektoré z neutrín zachytiť. Ak by neutrína, pochádzajúce z rozpadov miónov, boli rovnaké ako Pauliho neutrína (vznikajúce pri rádioaktívnom rozpade jadier), potom by po ich záchyte v detektore vznikali elektróny. V skutočnosti však elektróny nevznikali, namiesto nich vznikali mióny. Lederman, Schwartz a Steinberger z toho usúdili (v duchu pôvodnej Pontecorvovej myšlienky), že rozpad a vznik miónu je sprevádzaný vznikom a zánikom špeciálneho typu neutrína. Tomuto neutrínu hovoríme, ako sme už spomínali, miónové neutríno. .hmotnosti neutrín
S myšlienkou, že pri osciláciách neutrín sa nemení neutríno na antineutríno, ale jeden typ neutrína na iný typ neutrína (elektrónové na miónové) a späť, prišiel ako prvý – no kto asi? Áno, bol to Bruno Pontecorvo. Dnes máme veľké množstvo experimentálnych dôkazov, že to naozaj prebieha týmto spôsobom, pričom do hry vstupuje ešte aj tretí typ neutrín, takzvané tau-leptónové neutrína.
Problém deficitu slnečných neutrín má teda takéto riešenie: Na Slnku vznikajú elektrónové neutrína, z ktorých časť sa po ceste na Zem premení na miónové alebo tau-leptónové neutrína (poznámka pre znalcov: v skutočnosti neoscilujú neutrína, ale kvantovomechanické amplitúdy pravdepodobnosti namerania jednotlivých typov neutrín). Davisov experiment bol citlivý len na elektrónové neutrína, a preto ich nameral podstatne menej, než sa očakávalo. Medzitým však ľudia urobili rafinovenejšie experimenty, v ktorých merali aj miónové a tau-leptónové neutrína, na ktoré sa v rámci oscilácií premenili pôvodne elektrónové neutrína zo Slnka. Súčet všetkých typov neutrín bol pritom presne taký, aký sa očakával. Problém slnečných neutrín dnes už nie je problémom, je to úplne dobre pochopená časť fyziky, pričom to pochopenie je úplne v duchu pôvodnej Pontecorvovej myšlienky neutrínových oscilácií.
O neutrínach nám však tieto oscilácie nehovoria len to, že sa môžu spontánne premieňať z jedného typu na druhý. Hovoria nám ešte niečo iné. K osciláciám totiž môže dochádzať len v prípade, že rôzne typy neutrín majú rôzne hmotnosti. To však znamená, že neutrína nemôžu mať nulové hmotnosti, ako sa dlhé roky predpokladalo (rozdiel dvoch nulových hmotností nemôže byť nenulový). Z existencie neutrínových oscilácií teda vieme okrem iného aj to, že neutrína majú hmotnosť. Nikomu sa síce ešte nepodarilo neutrína odvážiť, ale aj tak vieme, že ich hmotnosť je nenulová. Vieme to len nepriamo, ale sme si takmer istí. Teda tak istí, ako si pri neutrínach môžeme byť. Všetko je pri nich isté len do najbližšieho prekvapenia.
Ak ste našli chybu, napíšte na web@tyzden.sk.