Neutrino. Co to je?

Neutrino je základní kvantová částice ve fyzice, patřící do rodiny leptonů, a jeho chování lze plně pochopit pouze pomocí kvantové mechaniky.

Co je na něm zvláštní

• Elektricky neutrální – nemá žádný elektrický náboj.
• Extrémně malá hmotnost – mnohem lehčí než elektron, ale není nulová.
• Velmi slabě interaguje s hmotou – triliony neutrin procházejí celým vesmírem i vaším tělem každou sekundu, aniž by zanechaly stopu.

Tři druhy neutrin (tzv. flavoury)

• elektronové neutrino (ν_e)
• muonové neutrino (ν_μ)
• tau neutrino (ν_τ)

Odkud neutrina přicházejí?

Neutrina vznikají v celé řadě fyzikálních procesů:

• v jádru Slunce při jaderné fúzi
• při výbuších supernov
• v atomových reaktorech a urychlovačích částic
• při přirozeném radioaktivním rozpadu

Proč jsou neutrina důležitá?

• Pomáhají pochopit fungování hvězd a vývoj vesmíru.
• Jejich schopnost oscilovat (měnit flavour) dokazuje, že mají nenulovou hmotnost.
• Mohou poskytnout klíč k vysvětlení, proč ve vesmíru převládá hmota nad antihmotou.

K jejich detekci se používají obrovské podzemní detektory – například nádrže s vodou nebo tekutým argonem, které jsou chráněny před rušivým kosmickým zářením.

Jak rychlá jsou neutrina?

Neutrina se pohybují extrémně blízko rychlosti světla, ale protože mají nenulovou hmotnost, nejsou přesně stejně rychlá.

• rychlost světla ve vakuu je 299 792 458 m/s
• neutrina se běžně pohybují rychlostí přes 99,999999 % rychlosti světla
• rozdíl oproti světlu je měřitelný jen velmi obtížně

Lze neutriny použít ke komunikaci?

Teoreticky

Ano. Neutrina mohou projít celou Zemí bez výrazného zeslabení, což z nich dělá ideální nosič informace.

Prakticky

• neutrina lze vytvářet v urychlovačích částic
• lze je detekovat, ale pouze velmi velkými detektory
• v roce 2012 byla pomocí neutrin přenesena jednoduchá zpráva skrz horninu, ale rychlost byla jen zlomky bitu za sekundu

Hlavními problémy jsou extrémní energetická náročnost, velmi nízká pravděpodobnost detekce a zanedbatelná přenosová rychlost.

Neutrino komunikace tak dnes zůstává spíše doménou teorie a sci-fi.

Světlo vs. neutrina

• Světlo (rádio, optická vlákna) se musí šířit kolem Země nebo přes satelity.
• Neutrina mohou projít Zemí přímo, a teoreticky tak dorazit dříve, i když jsou o nepatrný zlomek pomalejší než světlo.

Neutrina a Platónova jeskyně

Chování neutrin lze přirovnat k Platónovu podobenství o jeskyni. To, co pozorujeme – elektronové, muonové nebo tau neutrino – je pouze výsledek měření, jakýsi „stín na stěně“.

Skutečný kvantový stav neutrina je hlubší realita, která se během letu mění a nikdy ji nepozorujeme přímo.

Podobně jako ve filozofii tak i v kvantové fyzice platí, že to, co vnímáme, nemusí být pravou podstatou reality.

Závěr

Fyzika popisuje, jak se svět chová. Filozofie se ptá, co to znamená.

Neutrina ukazují, že tyto dvě oblasti nejsou oddělené. Naopak se navzájem doplňují, když se snažíme porozumět povaze reality na té nejzákladnější úrovni.