A neutrínók nyomában

A neutrínó esetleges létezésére először Wolfgang Pauli hívta fel a figyelmet 1930-ban. Két igen fontos és általánosságban érvényesülő fizikai törvényszerűség, az energia megmaradásának és a perdület (impulzusmomentum) megmaradásának a tétele vált kérdésessé a béta-bomlásként jelentkező nukleáris átalakulás során. A kísérleti megfigyelések alapján kapott folytonos energiaspektrum magyarázata csak úgy volt lehetséges, hogy feltételezte egy apró, semleges részecske megjelenését. Mivel ennek az elképzelt pici részecskének nincs elektromos töltése, így semmilyen elektromágneses kölcsönhatásban sem vesz részt. Kimutatása ezért nagy nehézségekbe ütközött. A neutrínó igen közömbös az anyaggal szemben, azaz a kölcsönhatás (az ütközési keresztmetszet) igen kicsi, így például, ha elképzelünk egy fényév (9,4605 billió kilométer) vastagságú ólomfalat, azon úgy képes áthaladni, hogy akár egyetlen atommal sem ütközik. A Napból érkező neutrínók első érzékelése perklór-etilént tartalmazó, óriási térfogatú detektorral vált lehetővé 1968-ban. A kanadai SNO (Sudbury Neutrino Observatory) 1999 óta van üzemben, és még most is a világ legfejlettebb neutrínó-obszervatóriuma.

Egy vizsgálati program keretében 2011 őszén az OPERA-kísérletben részt vevő fizikusok a CERN (Európai Nukleáris Kutatási Szervezet) genfi laboratóriumából az olaszországi Gran Sasso laboratóriumba küldtek neutrínó-nyalábokat, és úgy észlelték, hogy ezek a parányi részecskék túlszárnyalják a fény sebességét. Állításuk szerint a neutrínók 60 nanoszekundummal kevesebb idő alatt tették meg a 730 kilométeres távolságot, mintha légüres térben a fénysugár haladt volna. Amennyiben többször és más kísérletekben is beigazolódtak volna ezek a mérési eredmények, akkor kérdésessé vált volna az Albert Einstein által kidolgozott, és a modern fizika alapját jelentő relativitáselmélet.
Einstein elméletének egyik legfontosabb alaptétele ugyanis az, hogy a világegyetemben semmi sem haladhat gyorsabban a fény sebességénél. Később az OPERA-kísérlet eredményeit nem sikerült igazolni. A CERN közleménye szerint a 60 nanoszekundumos eltérés a jelkábel meglazulásával, vagy a mérés során elkövetett más hibával magyarázható.
Antonio Ereditato, az OPERA-kísérletet koordináló olasz professzor kénytelen volt belátni a tévedést, és lemondott tisztségéről. A neutrínók, a titokzatos „szellemrészecskék” megtréfálták a tudósokat…

A minap hír érkezett arról, hogy kutatóknak harmadszor sikerült tetten érniük a neutrínókat, miközben éppen egyik formájukból a másikba változnak át. A megfigyelésre ezúttal is a CERN és az olaszországi San Grasso Laboratórium által végzett OPERA-kísérlet keretében került sor. A felismerés magyarázatot adhat az úgynevezett napneutrínó-problémára is, melynek lényege, hogy a detektorok kevesebb neutrínót érzékelnek, mint ami a Nap működési modelljéből várható lenne. A neutrínó az úgynevezett lepton részecskecsaládhoz tartozó könnyű elemi részecskék egyik fajtája. A rendkívül kicsiny tömegű részecskéknek három változata ismeretes. Ezek az elektron, a müon- és a tau típusú neutrínók. Nevüket onnan kapták, hogy a standard modell szerint mindegyik kapcsolatba hozható egy másik, negatív töltéssel rendelkező leptonnal: az elektronnal, müonnal és a tau-részecskével. Vannak mesterséges eredetű neutrínók, melyek pl. atomerőművekből származnak, illetve földi, légköri és napból származó neutrínók. A detektorokban kevesebb napneutrínót sikerül észlelni, mint ami a számítások szerint várható lenne, és ezt a hiányt a háromféle részecske egymásba történő átalakulásával (neutrínóoszcillációval) lehet megmagyarázni. Tehát amíg az egyik változat felismerésére van beállítva a detektor, a neutrínó esetleg más alakot ölt, és észrevétlen marad… Igazi „szellemrészecske”…

A CERN-ben az OPERA-kísérlet során eddig két esetben, 2010-ben és 2012-ben sikerült tau-neutrínókat megfigyelni, a mostani eredmény újra igazolja a két korábbi mérés hitelességét. Lassan fény derül tehát a neutrínók titkára, és remény mutatkozik arra, hogy végre sikerül megmérni a tömegüket is…