První detekce neutrina dne 13. listopadu 1970 v Argonne National Laboratory . Neutrino naráží na proton v atomu vodíku; ke srážce dojde v místě, kde na pravé straně fotografie vycházejí tři stopy. (Kredit: volné dílo)

Neutrina jsou subatomární elementární částice ze skupiny leptonů, jejichž hmotnost, pokud víme, je velice blízká nule, leč nenulová. Jsou to extrémní stvoření, která se zběsile řítí vesmírem a jen vzácně interagují s normální hmotou. Do dneška jsme objevili tři neutrina a jejich protějšky, antineutrina.

Měření velikosti neutrina. Kredit: Smolsky et a. (2025), Nature. (2025). DOI: 10.1038/s41586-024-08479-6

Fyzici se o ně velmi zajímají, protože by mohla přinést odpovědi na některé palčivé otázky dnešní fyziky. Původ temné hmoty to nejspíš nebude, stále je ve hře vysvětlení převahy hmoty nad antihmotou.

Vzhledem k jejich povaze se ale kolem neutrin stále vyskytují otazníky. Jednou ze zásadních otázek je velikost neutrin, která stále zůstávala nejasná. Velikost má nejen teoretický ale i ryze praktický význam pro navrhování vhodných tvarů detektorů neutrin. V současnosti jsou detektory neutrin velmi velké, aby měly slušnou pravděpodobnost detekce neutrin.

Joseph Smolsky. Kredit: Colorado School of Mines, Physics.

Mezinárodní tým, který vedl Joseph Smolsky z americké Colorado School of Mines v Goldenu, dokázal odhadnout velikost neutrin při analýze radioaktivního rozpadu beryllia. Změřili velikost vlnového balíku (wave packet) elektronového neutrina, které vzniklo při tomto rozkladu.

V experimentu šlo o rozpad beryllia na lithium. Při tomto procesu se v atomu beryllia elektron spojí s protonem a vznikne neutron, čímž se beryllium přemění na lithium. Zároveň se uvolní energie, která tlačí atom jedním směrem a vytvořené elektronové neutrino druhým.

Logo. Kredit: Colorado School of Mines, Physics.

Smolsky a spol. tento proces rozběhli v urychlovači částic, kolem něhož umístili extrémně citlivé detektory neutrin. Změřili hybnost vytvořených atomů lithia a použili ji k odhadu velikosti elektronových neutrin.

Z experimentu vyplynulo, že spodní limit velikosti vlnového balíku elektronového neutrina je 6,2 pikometrů. Měření přitom odráží kvantově mechanickou povahu neutrin, takže se „velikost“ týká spíše kvantové nejistoty velikosti vlnového balíku než konkrétní fyzikální dimenze. Výsledky experimentů ukazují, že vlnový balík elektronového neutrina je podstatně větší než typické atomové jádro. Jde o zajímavý objev, na který určitě naváže další výzkum.

Video: How To Detect a Neutrino

Literatura

Phys.org 13. 2. 2025.

Nature online 12. 2. 2025.