Na jednom ze dvou podvodních neutrinových teleskopů KM3NeT, který se nachází 3,5 kilometrů pod hladinou Středozemního moře u břehů Sicílie, bylo detekováno neutrino o prozatím nejvyšší historicky naměřené energii asi 220 peta-elektronvoltů (PeV). Jedná se o energii až 30 tisíc krát větší, než jaké bylo dosaženo na urychlovači LHC v CERN. A také o vůbec první důkaz existence neutrin s takto vysokou energií v kosmu.
Třebaže k samotné detekci vysokoenergetického neutrina došlo již 13. února 2023, teprve dnes, po dvou letech, přinesl časopis Nature detailní zprávu vycházející z analýzy a interpretace získaných dat. Podle vědců mezinárodního projektu KM3NeT, který teleskop provozuje, by zachycení této unikátní částice mohlo přivést k přehodnocení našeho chápání zdrojů kosmického záření a rozšířit naše znalosti kosmu.
Neutrinový teleskop KM3NeT je jedním ze zařízení, jehož účelem je detekce neutrin přicházejících z kosmu. Ta jsou vědci považována za jedny z nejzáhadnějších a těžko zachytitelných elementárních částic. Nemají elektrický náboj, téměř žádnou hmotnost a s hmotou interagují natolik slabě, že jsou schopné proletět skrz Zemi. Ale právě díky těmto svým vlastnostem se mohou stát jakýmisi „vesmírnými pošťáky“, které nic nedokáže zastavit a kteří nám mohou z hlubin vesmíru přinést cenné informace o jeho podobě a fungování. Zařízení vzniklo v rámci projektu KM3NeT, úspěšné mezinárodní spolupráce v oblasti neutrinové fyziky, jejíž aktivními účastníky jsou dnes vedle Francie, Itálie, Nizozemí, Německa a dalších zemí také Česká republika a Slovensko.
„To, že se nám podařilo neutrino s takto vysokou energií detekovat, je výsledkem obrovského společného úsilí řady mezinárodních týmů vědců, inženýrů a techniků,“ komentuje dosažený výsledek technický manager projektu Miles Lindsey Clark z francouzského institutu Laboratoire AstroparScule et Cosmologie.
Českou republiku v KM3NeT zastupuje Ústav technické a experimentální fyziky Českého vysokého učení technického (ÚTEF ČVUT), který ve svém týmu soustředil vědce z ČR, Slovenska i Velké Británie. A na financování naší účasti v projektu získal také podporu Grantové agentury České republiky.
„Náš ústav se věnuje výzkumu neutrin v jeho krajních polohách. V podzemních laboratořích, jako je LSM Modane, se v prostředí, kam neproniká kosmické záření, snažíme zjistit hmotnost neutrina. Kdežto na podvodním teleskopu, jako je KM3NeT, se naopak snažíme zachytit kosmická neutrina s maximální možnou energií,“ vysvětluje podstatu dlouholetého výzkumu vědců z ÚTEF ČVUT jeho ředitel Ivan Štekl.
Vedle samotného výzkumu „nejzáhadnější“ elementární částice s sebou podle něj neutrinová fyzika jako vedlejší efekt přináší také technologický rozvoj v oblasti vývoje detektorů, robotiky a bezpečnosti jaderné energetiky. A v poslední době se při analýze dat získaných z neutrinového teleskopu čím dál tím více uplatňují také technologie spojené s AI.
Podvodní neutrinový teleskop KM3NeT je určený především pro studium vysokoenergetických neutrin a jejich zdrojů v kosmu. Skládá se z digitálních optických modulů, skleněných koulí o průměru přibližně 40 cm, v jejichž útrobách jsou umístěné fotonásobiče a další potřebná elektronika. Optické moduly jsou pak zavěšeny na ocelová lana a spuštěny do hloubky 3,5 kilometru, kde vytvářejí 700 metrů dlouhé řetězce ukotvené na mořském dně.
Podle předpokladu vědců mohla vysokoenergetická částice zachycená neutrinovým teleskopem vzniknout jako produkt kataklyzmatických astrofyzikálních fenoménů jako je růst supermasivních černých děr ve středu některých galaxií, exploze supernov či záblesky gama záření, o nichž prozatím máme jen nejasnou představu.
Tyto zdroje kosmického záření si můžeme představit také jako supervýkonné přirozené „urychlovače“, které vytvářejí proudy částic. Ty pak v okolí zdroje interagují s hmotou nebo fotony a vytváří mimo jiné takzvaná kosmická neutrina, která se vydávají na svou pouť vesmírem a z nichž některá dorazí až na Zemi. Detekování neutrina s takto vysokou energií je proto výjimečnou události, která může otevřít novou kapitolu v neutrinové astronomii a obecněji v poznávání vesmíru.
Zdroje: Tisková zpráva ÚTEF ČVUT a Stránka experimentu KM3NeT
Redakce se připojuje ke gratulaci a dovolila si požádat o komentář Vladimíra Wagnera:
Určování přesné energie neutrin s takto extrémními energiemi je velice náročné. Zároveň pozorování pouze jednoho případu má jisté riziko misinterpretace. V každém případě jde však o velmi zajímavé a důležité pozorování. Moc kolegům, kteří jsou do tohoto experimentu zapojeni, gratuluji. V článku o detekci neutrálního kosmického záření extrémních energií (ZDE) je podrobně rozebrán současný stav studia neutrin extrémních energií. Experiment IceCube už v oblasti od 0,1 až 1 PeV pozoruje primární kosmická neutrina nad pozadím těch sekundárních vznikajících v interakci primárních nabitých částic kosmického záření v atmosféře. Pozorování neutrina s energií ještě o dva řády vyšší je z tohoto hlediska extrémně zajímavé. Pokud je reálné, tak nemůže být ze sekundárního kosmického záření vznikajícího v atmosféře a ani ze zdrojů primárního záření pozorovaného IceCube. Navíc je nad tzv. Glashowovou limitou, která je dána interakcí neutrin s reliktním pozadím. V brzké době se to určitě pokusíme podrobněji rozebrat. (Vladimír).
První detekce příspěvku neutrin z CNO cyklu
Autor: Vladimír Wagner (04.12.2020)
Anomálie v produkci reaktorových antineutrin vysvětlena
Autor: Vladimír Wagner (21.04.2017)
Diskuze:
Rychle a zběsile
Mintaka Earthian,2025-02-15 23:49:19
Zkoušel jsem si nějak převést tu obrovskou energii do lidštějšího měřítka a vyšlo mi to s dopomocí (doufám nehalucinující) GenAI cca takto:
Kdyby tuto energii nesla hmota o váze 1g, pak srovnatelnou energii měla jedna naložená kontejnerová loď s hmotností cca 220 000 tun, pokud by se pohybovala rychlostí cca 100 000 km/h.
Odpovídá to skutečnosti, nebo je to špatný výpočet?
1 gram hmoty při 220 PeV = 9 * 10n13 J
rychlost pohybu dle vzorce: v=odmocnina(2E/m)
v=odmocnina((2×9×10na13) / 220 000)
v≈ 28 579 m/s × 3.6 ≈ 102 884 km/h
PS: V popisku obrázku v tom článku je "Spouštění modulu do hloubky 7,5 km." což je asi chyba, neb by to znamenalo, že budou vrtat ještě několik kilometrů do dna Středozemního moře.
Re: Rychle a zběsile
Pavel Kaňkovský,2025-02-16 01:48:34
Věta "[k]dyby tuto energii nesla hmota o váze 1g, pak srovnatelnou energii..." je zmatená od samého začátku, protože k tomu, aby byla energie srovnatelná, není potřeba žádný předpoklad o hmotnosti původního tělesa.
1 eV je asi 1,6e-19 J. 220 PeV je hodně v eV, ale v joulech je to pořád jen lehce přes 35 mJ. Nevím, odkud se vzalo tvrzení, že "220 PeV = 9 * 10n13 J" (asi míněno "9e13 J"), ale je to naprostý úlet.
A následný výpočet rychlosti je špatně, protože hmotnost má být "220 000 tun", ale do vzorce je potřeba dosadit kilogramy, tedy tisíckrát víc... Výsledná rychlost pro zadané vstupy by pak měla být necelý 1 km/s.
Kde přesně končí text z té "AI"?
Re: Re: Rychle a zběsile
D@1imi1 Hrušk@,2025-02-16 07:49:05
Nebyl myšlen 1g konkrétních částic se známou klidovou hmotností (neutrin? jiných částic?) a energií 220 PeV?
Ale snažit se takto si představit neutrina by bylo skoro jako představit si 1g fotonů.
Re: Re: Re: Rychle a zběsile
Pavel Kaňkovský,2025-02-16 14:03:47
Neutrina rozhodně nejsou částice se známou klidovou hmotností. Za prvé není známo, jaká přesně je (jen horní meze), za druhé má každý druh neutrina zřejmě jinou hmotnost a částice oscilují mezi různými druhy.
Re: Re: Rychle a zběsile
Mintaka Earthian,2025-02-16 14:23:04
Šlo mi čistě o to, převést si tak velkou energii do nějaké lidštěji pochopitelné situace.
A proto mě napadlo srovnání 1g hmoty, jehož částice by měly tuto energii (vyjádřenou rychlostí pohybu v prostoru), jak rychle by se pohybovala hmota v podobě kontejnerové lodi o 220 000 tunách.
1g hmoty i kontejnerovou loď si dovedu představit.
Díky na upozornění v řádech jsem se spletl. Místo 220 000 000 jsem počítal 220 000, pak by se ta loď pohybovala 100Km/h. To by sice nebylo tak spektakulární, ale lépe představitelné.
K tomu 220 PeV = 9 * 10n13 J jsem se dostal právě od toho 1g
E = 0.001 kg × (3×10na8 m/s)na 2 = 0.001 × 9 × 10na16 J = 9×10na13 J
Což je tedy klidová energie 1g hmoty, než "kinetická" energie 1g hmoty.
Omlouvám se za zmatení.
Pokud by vás napadla nějaká představitelná analogie těch 220 PeV, budu za ni rád.
Re: Re: Re: Rychle a zběsile
D@1imi1 Hrušk@,2025-02-16 15:30:39
Na ten dotaz se nedá odpovědět ani přibližně, protože klidová hmotnost různých částic se liší v rozpětí mnoha řádů. 1g elektronů má o tři řády více částic než 1g protonů a o 5 řádů více než 1g xenonu vyletujícího z iontových motorů. A jak píše pan Kaňkovský, u těch neutrin klidovou hmotnost ani neznáme.
Napadá mě určitá analogie, ale neuměl bych to spočítat: Lidské ucho je možná nejcitlivější smyslový orgán. Kolik PeV by bylo potřeba na vytvoření jedné akustické sinusovky postřehnutelné lidským uchem? A převést si to na počet těch neutrin.
Re: Re: Re: Re: Rychle a zběsile
Pavel Kaňkovský,2025-02-16 21:26:15
Na Wikipedii na stránce https://en.wikipedia.org/wiki/Sound_power píšou, že když budu zdroj poslouchat z cca 30 cm, tak výkon v dB vůči pW je stejný jako akustický tlak v dB nad 20 uPa (což je obecně akceptovatelná hranice slyšitelnosti).
Jak jsem psal, tak 220 PeV = 35 mJ. Pokud "jednou akustickou sinusovkou" myslíte jednu periodu, tak při frekvenci, řekněme, 3000 Hz dostaneme asi 100 W, což odpovídá 140 dB.
Posléze pak soudím, že kdyby lidské ucho dokázalo taková neutrina slyšet, tak by to byl kravál k ohluchnutí!
Re: Re: Re: Re: Re: Rychle a zběsile
D@1imi1 Hrušk@,2025-02-16 22:26:15
Aha, tak to není nejlépe zvolený příklad :)
Tedy jiný: 35 mJ odpovídá síle 0,035 N působící na dráze 1 m. Taková síla odpovídá tíze předmětu o hmotnosti 3,6 g. Přesně tolik váží 1Kč mince nebo 36 špendlíků.
Dokonce myslím, že kdyby člověk nechal spadnout korunovou minci z 1 m výšky na vhodnou membránu (dno plechového hrnce, pekáč, skleněná tabule), těm decibelům by se přiblížil :)
Je to každopádně obrovská energie na jedinou částici, navíc neutrino.
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Rychle a zběsile
F M,2025-02-16 22:40:38
Už jsem to sem kdysi dával, ale tady máte kilo z pěti metrů: https://en.wikipedia.org/wiki/Oh-My-God_particle
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Rychle a zběsile
Mintaka Earthian,2025-02-17 00:06:42
Díky z snahu v článku:
Přirovnávají takto cite:
Kolik to je energie? Jeden z členů týmu, fyzik Aart Heijboer z Nizozemska, během tiskové konference k představení výsledku nabídl srovnání, jež si lze snadno představit: jde o podobnou energii, jakou má pingpongový míček, který (v zemské gravitaci) spadne asi o jeden metr. Jen místo do triliardy (miliardy bilionů) částic jako míčku je tato energie koncentrována do jednoho prakticky nehmotného neutrina.
----------
Mě by se stejně líbil převod na 1g hmoty, místo jedné čásice. Řekněme na 1g železa, nebo pro zjednodušení, 1g vodíku, snad by to mělo být i jedno), proti nějakému velkému a hmotnému pohyblivému dopravnímu prostředku.
----------
Kdysi jsem se náhodně potkal s mladým českým vědcem, který u LHC řídil tým starající se o 3 úroveň vakua. Ten energii urychleného svazku převáděl na energii jedoucí rychlovlakové soupravy TZG.
Už je to mnoho let, tak si to nepamatuji přesně, ale přesně si pamatuji, že mi ta analogie pomohla pochopit energii těch urychlených částic.
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Rychle a zběsile
Mintaka Earthian,2025-02-17 00:07:42
Odkaz na článek s citovanou analogií: https://www.seznamzpravy.cz/clanek/zahranicni-prorok-dramatu-z-hloubi-vesmiru-teleskop-zavetril-rekordni-castici-270075
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Rychle a zběsile
D@1imi1 Hrušk@,2025-02-17 11:37:42
To, co chcete, není těžké spočítat, ale získáte tím nicneříkající údaj. Vydělíte Avogadrovo číslo molární hmotností a pak to vynásobíte energií toho neutrina.
Pro vodík:
6,022e+23 / 1,008 * 0,035 = 2,091e22 J
Pro železo:
6,022e+23 / 55,845 * 0,035 = 3,774e20 J
Když budete chtít získat rychlost kontejnerové lodi o hmotnosti 220 tisíc tun, vynásobíte ty jouly dvěma, vydělíte hmotností lodi 2,2e8 a celé to odmocníte.
Pro vodík:
√(2,091e22 * 2 / 2,2e8) = 13,79e6 m/s čili 49,63e6 km/h nebo 4,6% c
Pro železo:
√(3,774e20 *2 / 2,2e8) = 1,852e6 m/s čili 6,668e6 km/h nebo 0,6% c
Jak vidíte, ta rychlost řádově kolísá podle toho, jaký prvek zvolíte. Proto ten výsledek skoro o ničem nevypovídá (vypovídá hlavně o rozdílech v molární hmotnosti). Třeba cín má stejnou hustotu jako železo, ale dvojnásobnou molární hmotnost, takže kdybyste zvolil 1 g cínu, bude energie poloviční.
Je to úplně jiný případ než vyjádřit energii svazku částic energií rozjetého vlaku, protože ten svazek tu energii skutečně má, oni mu ji museli udělit. Kdyby tomu svazku do dráhy postavilo pevnou překážku, způsobilo by to slušnou explozi. Ale to neutrino je jen jedno. Nenasbíráte 1g neutrin na jedno místo ani do jednoho svazku a ta částice má úplně jiné vlastnosti než atomy.
To srovnání je asi jako že kdybyste měl myši o vážící každá 10g silné jako slon vážící 5 tun a těch myší byste měl celkem 5 tun, byly by v součtu 500000 x silnější než slon, což je nicneříkající tautologie.
Neutrina
Theodor Leitner,2025-02-14 19:58:18
Bohuzel neni v clanku nic konkretniho. Podařilo se detektovat neutrino s vysokou energií, nejvyšší historicky namerenou energii, asi 220 peta-elektronvoltů (PeV), ale jak, to se uz neuvadi. Proste neutrinos jsou castice, o kterych nic nevime, ktere ani neni mozne cilene zachytit, pritoze vsim proleti. Byla by to vyborna castice napr. pro politicke finance.
Re: Neutrina
F M,2025-02-15 00:51:46
Uvádí tím neutronovým teleskopem: https://en.wikipedia.org/wiki/KM3NeT není pravda, že by ta neutrina nereagovala interagují, ale velmi opravdu velmi vzácně. Takže tou Zemí jich sice většina projde, ale občas nějaké ne. No a toto zachytil ten teleskop (mírně zavádějící označení), jsou to v podstatě hluboko v moři potopené fotosenzory rozvěšené na šňůrách jako na tom prvním obrázku. To neutrino tam vyvolalo spršky (různých částic) a také fotony, tedy světlo a to zachytily ty detektory.
Pokud se chcete dozvědět víc tak v tom odkazu u "zdroje" se dá proklikat přímo na tu zprávu i výzkum. Lehčí formou to podává pan Wagner, tam je odkaz v tom přídavku.
Další možnost je počkat si na ten slíbený článek, na ten se už moc těším.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
