Na jižním pólu nežijí jen tučňáci, ale i fyzici, kteří tam provozují pozoruhodnou výzkumnou stanici. Její součástí je i neutrinová observatoř IceCube, která je doslova vykutaná v antarktickém ledu. Loví tam neutrina, podivuhodné částice s nepatrnou hmotností, kterých každým okamžikem procházejí spousty naším tělem, aniž bychom si toho všimli.
Neutrina a samozřejmě také antineutrina jsou elementární částice ze skupiny leptonů. Jsou stabilní a nepodléhají samovolnému rozpadu, nepůsobí ale na ně ani silná ani elektromagnetická síla – pouze slabá síla a velmi slabě také gravitace – takže je velmi obtížné je nějak detekovat. Podle toho, co zatím víme, existují tři typy neutrin: elektronová neutrina, mionová neutrina a tauonová neutrina. A ke každému z nich rovněž existuje příslušné antineutrino. Co když ale tahle sestava není kompletní?
Částicoví fyzici už dlouhá desetiletí loví takzvaná sterilní neutrina, hypotetické částice, na které by na rozdíl od třech známých neutrin neměla působit slabá síla, ale jen a pouze gravitace. To by vysvětlovalo, proč jsme je doposud neulovili. Pokud by takové sterilní neutrino skutečně existovalo, rázem by se stalo žhavým kandidátem na temnou hmotu. O to usilovněji po nich fyzici pátrají.
K lovu na legendární částici se nedávno připojila i observatoř IceCube. Jsou to experti přes neutrina a mají na svém kontě například několik extrémně energetických neutrin z hlubokého vesmíru – jako například události frivolně přezdívané „Bert“, „Ernie“, „Big Bird“ a „Cookie Monster“. Francis Halzen z Wisconsinské univerzity v Madisonu a jeho kolegové teď analyzovali zhruba 100 tisíc zachycení neutrin na detektorech IceCube. Intenzivně pátrali po sterilních neutrinech, nenašli po nich ale ani stopu. Není to poprvé, ale tentokrát je to opravdu vážně. Halzen a jeho tým tvrdí, že s 99 procentní jistotou sterilní neutrina neexistují. Jestli mají elementární částice umíráček, tak teď se určitě rozezněl tklivým hlasem.
Podle Halzena jsou sterilní neutrina vlastně něco jako Elvis. Fyzici objevují letmé náznaky jejich přítomnosti prakticky všude. Někteří z nich jsou skálopevně přesvědčeni, že sterilní neutrina existují. Jenže jak se zdá, pokud se nestane nějaký zázrak, sterilní neutrina jsou, stejně jako Elvis, jenom takové šálení smyslů.
Podle optimistů to vlastně ještě neznamená definitivní konec sterilních neutrin. Je ale prý prakticky jisté, že neexistují v tom rozmezí energií, kde s nimi doposud fyzici počítali na základě pozorování Elvisů v různých experimentech. Nejeden odborník taková sterilní neutrina opláče. Kdybychom konečně potvrdili, že tyhle částice existují, leccos by se vysvětlilo. A nejde jenom o temnou hmotu. Sterilní neutrina by mohla objasnit nepoměr mezi hmotou a antihmotou, který zajistil existenci našeho vesmíru. Sterilní neutrina by se stala tolik toužebně očekávaným rozšířením Standardního modelu. Částicovým fyzikům by ukázala nové směry bádání, otevřela jim novou fyziku. Teď ale tahle kapitola nové fyziky zemřela se sterilními neutriny, přinejmenším protentokrát.
Sterilní neutrina byla odepsána již několikrát. V roce 2007 je nenašel experiment MiniBooNE ve Fermilabu. Pak je ale tentýž experiment v roce 2010 resuscitoval, když objevil náznaky existence antičástice sterilního neutrina. V roce 2013 ale existenci sterilních neutrin do značné míry vyloučila data vesmírného teleskopu Planck, a teď jim nejspíš zatloukla veliký hřeb do rakve observatoř IceCube. Po nedávném zrušení slibné částice s klidovou hmotností 750 GeV v datech LHC jde o další závažné vítězství Standardního modelu, které ale potěší asi jen málokoho. Svět se ale nezboří a fyzici nejsou z těch, co by se hned vzdávali.
Video: IceCube and the Discovery of High-Energy Cosmic Neutrinos
Video: The Elusive Neutrino and The Nature Of The Cosmos
Literatura
New Scientist 9. 8. 2016, Physical Review Letters 117: 071801, Nature News 8. 8. 2016, Wikipedia (Neutrino)
Pták Buk nejenergetičtějším neutrinem, které jsme chytili
Autor: Stanislav Mihulka (17.04.2014)
Nové rekordní neutrino prohlubuje kosmickou záhadu
Autor: Stanislav Mihulka (18.08.2015)
Extrémní neutrino poprvé vystopováno mimo Mléčnou dráhu
Autor: Stanislav Mihulka (25.04.2016)
Neutrina jsou ve kvantové superpozici na vzdálenosti stovek kilometrů
Autor: Stanislav Mihulka (19.07.2016)
Diskuze:
laicka otazka
quantum foam,2016-08-11 12:41:21
dobre tomu rozumiem, ze predpoklad temnej hmoty vychadza len z toho faktu, ze vzdialene hviezdy v ramenach galaxii neodlietaju von -> t.j. predpoklada sa ze ich drzi akasi, vacsia ako predpokladana gravitacia galaxie? nemoze to byt sposobene tym, ze material na okraji ide rychlostou blizkou svetla a sprava sa inak nez pomala hmota?
Re: laicka otazka
Richard Palkovac,2016-08-11 13:21:03
Ta obehova rychlost su stovky km/sek , takze nic moc, pre relativisticke javy. To co sa pozoruje v galaxiach sa pozoruje aj v galaktickych kopach, tiez by sa podla obehovej rychlosti mali rozletiet. Problen je samozrejme v zisteni skutocneho mnozstva hmoty v tychto utvaroch, ale predpoklada sa ze nieco nesedi a tak tam musi byt este nieco co posobi gravitacne.
Tiez sa predpoklada, ze pavucinova struktura velkych vesmirnych casti je sposobena rozmiestnenim tej tmavej hmoty, ktora je v "pozadi". Precitajte si este aj moj nazor: http://riki1.eu/Gravitacia_a_tmava_hmota.htm
No a stale je tu aj ta moznost, ze merania a vypocty maju rozne chyby a vsetko je inak.
Re: Re: laicka otazka
quantum foam,2016-08-11 16:02:11
Ja by som sa este spytal taku od veci otazku suvisiacu s relativitou. Ked raketa obieha okolo zeme vysokou rychlostou, cas sa v nej spomaluje a na zemi nie. Keby sme si hypoteticky predstavili prazdny vesmir (kam oko dohliadne, ziadna hviezda) a 2 rakety pri sebe. R. c.2 zapne motory a zacne zrychlovat k rychlosti C a vzdalovat sa od c.1. Moj predpoklad je,ze cas c.2 sa spomaluje a ked to raketa otoci a vrati sa spat k 1, tak chlapik v 2. bude stale mlady a v c.1 uz bude starec. Ale... ako je to mozne, ved ich vzajomna rychlost bola stale rovnaka. T.j. mohli by sme to brat relativne - tak ze odlietala raketa c.1. Napriek tomu, stastlivec co usetril cas je v tej dvojke. Preco?
Re: Re: Re: laicka otazka
Richard Palkovac,2016-08-11 18:03:27
Ta raketa, ktora isla prec a vratila sa, tak ten chlapik v nej, zazival zrychlenie a spomalenie a prave to sposobilo, ze uloha nebola symetricka a preto ten co zrychloval a spomaloval bude mladsi, ako ten co len cakal, bez zrychlenia , vo svojej rakete. Hovorime tomu akceleracny potencial, ktory je vlastne rovnocenny s gravitacnym potencialom.
Mate stastie na mna, kedze prave taku ulohu, som pred par rokmi spocital aj konkretne :
http://riki1.eu/Paradox_dvojiciek.htm
spocitane je to z pohladu oboch chlapikov, je to ale numerickou metodov, lebo inac by to neslo (ten konkretny priklad)
Re: Re: Re: Re: laicka otazka
quantum foam,2016-08-11 19:17:21
Dik za priklad. Spocitat by som ho sice nevedel, ale koresponduje s tym co som myslel. T.j. ze na zakladni ubehne tych napr. 6 rokov a v rakete menej - 4,7184 rokov. Je mi jasne aj to, ze su tam 2 protikladne principy vplyvajuce na rychlost behu casu v rakete, z hladiska vonkajsieho pozorovatela. Vacsia rychlost rakety z cestovatela robi "spomaleny film" a gravitacia/zrychlenie "zrychleny film".
Mna teraz zaujima skor ta cast kedy leti rovnomerne 0,8 c, a jeho cas (z hladiska zakladne) bezi pomalsie. (Aj ked si to nemaju ako overit, len podla brady ked sa vrati :) ). Einstein hovoril nieco o tom, ze neexistuje ziadna pevna vztazna sustava, su len objekty vesmiru vo svojich relativnych poziciach. (mozno sa mylim, ale mam ten pocit.)
Ale ak je to tak, tak ako vesmir "vie", (pri tom rovnomernom lete 0,8 c) ze ma interny cas rakety pustat pomalsie a zakladne normalnou rychlostou? Kde je v tom okamihu ta informacia ulozena? Ak by existovala pevna vztazna sustava, tak je ta informacia jasna - podla pohybu k tejto vztaznej sustave.
Ale je to skor taka filozoficka otazka. Co tym chcem povedat je, ze podla mna je toto dost dobry naznak toho, ze existuje pevna vztazna sustava. Ina moznost by bola, ze kazdy atom/element zrychlenej rakety by mal info o tom, ze "bol si zrychleny", tak teraz "zi" pomalsie. Ale to sa mi nezda velmi nepravdepodobne.
Re: Re: Re: Re: Re: laicka otazka
Richard Palkovac,2016-08-11 21:12:41
Pevna (absolutna) vztazna sustava neexistuje. Ked ide raketa rovnomerne, tak z pohladu pozorovatela na vesmirnej stanici bezi cas jemu pomalsie ako tomu v rakete, ale z pohladu pozorovatela v rakete, zase naopak bezi cas pomalsie jemu, ako tomu na zakladni. Mozete si to vsimnut aj vo vypocte, ale to by ste si to musel viac prestudovat.
Laicky sa da povedat, ze si cas mozu porovnat, az ked sa stretnu. Pre niekoho narocnejsieho je pravda taka, ze linie sucasnosti jednotlivych pozorovatelov sa natacaju, je to viditelne na uplne poslednom obrazku (cervene ciary).
Nie je to jednoduche pochopit, treba s tym stravit nejaky cas, nejaky ten rok.
Re: Re: Re: Re: Re: laicka otazka
Marcel Brokát,2016-08-11 21:16:51
Pro Foam:
přikládáte času vlastnost, který nemá. Respektive do toho vkládáte lidský emoční pohled. Je to jenom fyzikální veličina jako délka nebo rychlost. Nic víc. Otázka podle Vašeho konstruktu by mohla zcela obdobně stát takto: Jak to, že vesmír ví, že jedna raketa má letět takovou a takovou rychlostí.
ad vztažná soustava - to se v historii fyziky řešilo mnohokrát. Například tzv. éter. Osobně si myslím, že se dnes obecně přijímá, že centrální vztažná soustava neexistuje....
Re: Re: Re: Re: Re: Re: laicka otazka
quantum foam,2016-08-11 23:15:18
Prave naopak, casu neprikladam velky vyznam. Skor hmote, ktora sa rozne sprava pri roznych rychlostiach. Z pohladu nezaujateho pozorovatela na zakladni, ked sa vykasleme na relativitu a vypocty a ked si porovname svoje hodiny a hodiny z rakety (ked sa vrati), tak na jednych je 6 rokov a na druhych 4,7. Z toho jasne vyplyva, ze hodiny v rakete museli fyzicky bezat pomalsie. Pomalsie tiekol prud v obvodoch (ak to boli digitalky), pomalsie sa roztahovali pruziny (ak boli mechanicke), pomalsie kmitali atomy atd. (z hladiska hodin/pozorovatela na zakladni).
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: laicka otazka
Richard Palkovac,2016-08-12 08:32:53
Lenze to nie je tak uplne pravda. Ak si aj vsimnete vo vypocte, tak to, ci plynie cas pomalsie alebo rychlejsie v rakete zavisi aj od toho, ci raketa zrychluje-spomaluje ku zakladni alebo od zakladne. Iba v konecnom vysledku, v takomto pripade, uplynie v rakete menej casu ako na zakladni.
Dalej si treba uvedomit, ze nejaka absolutna rychlost plynutia casu, nedava ziadny zmysel, zmysel dava vzdy len ten pomer dvoch casov a to je relativita. Pre Vas v rakete (alebo aj na zakladni) bude ten Vas "akoby absolutny" cas plynut stale rovnako.
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: laicka otazka
Richard Palkovac,2016-08-12 08:40:26
Samozrejme o zrychleni-spomaleni uvazujeme len s pohladu cestovatela v rakete. S pohladu chlapika na zakladni, ktory sa nachadza v inercialnom systeme (bez zrychlenia, bez gravitacie) ulohu riesime cisto cez specialnu teoriu relativity, uvazujeme len vzajomne rychlosti , vo velmi malych casovych usekoch.
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: laicka otazka
Richard Palkovac,2016-08-12 08:41:31
Dvakrat "s" namiesto "z", dobry som ....
Re: Re: Re: laicka otazka
František Cudziš,2016-08-15 23:07:00
Zabudnite na relativistické paradoxy.
Doporučujem pozrieť www.kozmodrift.sk
Re: Re: Re: laicka otazka
František Cudziš,2016-08-15 23:11:54
Doporučujem pozrieť www.kozmodrift.sk
Re: Re: laicka otazka
Karel Rabl,2016-08-12 18:34:03
a co když se pohybuje rychlostí světla celá galaxie(vesmír) je my o tom nevíme to už by se k relativistickým rychlostem třeba 50km/sec jen přičítal nebo odčítal (čas) a temná hmota by vůbec nebyla nutná, jak jsem už psal na oslu před mnoha lety a OTR by zůstala tam kde je jen by se změnil základ výpočtu.Přeci jsme v neustálém pohybu jeden vůči druhému jako u vodopádu kterým když padáme tak okolní kapky se nám jeví jako zdánlivě stojící a čím se víc vzdaluje od (hrany) 300 tis km/s tak se tato zrychluje a je možné že to(hrana) jde až téměř rychlostí světla.
Re: Re: Re: laicka otazka
Richard Palkovac,2016-08-12 19:11:58
Vesmir ako celok (ale nie galaxia) sa moze kludne pohybovat aj 1000 nasobnou rychlostou svetla voci inemu vesmiru. To vobec neodporuje OTR.
Nam tu vo vnutri nasho vesmiru to moze byt uplne jedno, rychlost sama o sebe nic neznamena, vlastne to ani nedava zmysel, zmysel dava vzdy len rychlost voci niecomu, cize relativna rychlost.
Rychlost nasho vesmiru, voci inemu vesmiru, pre nas ako relativna rychlost neexistuje.
Mohli by sme uvazovat aj tak, ze ten iny vesmir nie je ani v inych dimenziach priestoru, ale je v nasich dimenziach, len je tak daleko a tak rychlo sa vzdaluje, ze ho nemozeme vidiet(ani s teoreticky nekonecne silnym dalekohladom), teda ani s nim interagovat.
Re: Re: Re: Re: laicka otazka
Karel Rabl,2016-08-13 07:05:55
Rychlost vyšší než rychlost světla musí existovat i v našem vesmíru nebo neexistují černé díry, které ho nepustí ven nebo je zpomalení času v černé díře tak drastické, že se světlo zastaví?Tomu se mi nechce věřit.
Re: Re: Re: Re: Re: laicka otazka
Richard Palkovac,2016-08-13 10:04:51
Toto si nastudujte (ak Vas zaujima ci rychlost svetla je hranicna v nasom vesmire alebo nie ):
https://is.muni.cz/el/1441/podzim2013/FY2BP_KOSM/um/ArticleCsCasFyz.pdf
pripadne jednoduchsie :
http://casopis.vesmir.cz/clanek/rozpinani-vesmiru-podle-soudobych-poznatku
je to sice z roku 2008, ale myslim ze to stale plati
S trochou
Marcel Brokát,2016-08-11 07:53:24
fantazie by teorie, že existuje zeměkoule uvnitř naší zeměkoule, která je ale větší než ta naše, mohla být i pravdivá... :)
Jo a ještě jak se budou pojmenovávat mimozemšťani z temné hmoty, kterých tady všude kolem může být hafo....? Temná strana síly? :)
Re: S trochou
Petr Kr,2016-08-11 08:48:56
Utopiani :-)))
Ještě hezčí je představa, že v atomu je další vesmír. A taky by to podle mne mohla být pravda. Ale to mám IQ=126.
Re: Re: S trochou
Marcel Brokát,2016-08-11 09:12:37
Hmmm, 126 by mělo stačit na to abyste věděl, že fintou správné definice vesmíru si pravdu (slávu nevím) zajistíte hned... :)
Jisté teorie zvažují, že temná hmota = piony. Navrhuji tedy buď sympatické označení PIVČOUNI nebo když to budou tmavý paka (ty emzáci), nízkonákladově je hned přebarvíme na PI-ČOUNy. A kdyby -nedejbože- chtěl někdo z nich vyvozovat nějakou odpovědnost za urážky, svedeme to na tiskové šotky...
P.S.: Vidíte tam ten nenápadný odkaz na geometrii našeho zářivého světa? A ten si rozvracet nenecháme!
Re: Re: Re: S trochou
Petr Kr,2016-08-11 09:40:09
Souhlas, do nekulové geometrie našeho vesmíru bych je šťourat nenechal.
Re: Re: S trochou
Karel Rabl,2016-08-13 07:28:01
A nebo náš vesmír v jediné částici.IQ jsem si měřil, když jsem o sobě pochyboval a nevěřil si tedy mladý a vyšlo mi něco mezi bláznem a géniem a pochopil jsem že se nesmím snížit a IQ si kupovat jak se to dnes dělá běžně podobně jako v Plzni.Protože i odpovědi na otázky se dají "naučit". Opice s s vysokým IQ sice nenastartuje Boing ale přežije při náhlé změně přírodních podmínek.
Nebylo by jednodušší prohlásit...
Jaroslav Mrázek,2016-08-11 04:39:19
...že "éterem" naplněný vesmír funguje tak, že neutrina interakcí s tímto eterem vytvářejí realitu a tudíž je všechno jinak....? To hledání jiných cest je už únavné ....
Doplnění
Martin S.,2016-08-11 04:31:33
* Efekt sterilních neutrin se hledal pomocí případného snížení množství 320 GeV - 20 TeV energetických muonových neutrin, k čemuž je třeba dostatečné mísení/mixing sterilního typu neutrin s muonovým typem neutrin. Snížení počtu nebylo nalezeno, tedy by to (dle použitých modelů, které mj. vyžadují platnost tzv. MSW efektu v daných vysokých energiích) mělo znamenat, že sterilní neutrina se s muonovými téměř/vůbec nemísí, pokud tedy sterilní neutrina vůbec existují takovým způsobem, jakým jsou modelována.
* Rozšířením Standardního Modelu je již nenulová hmotnost neutrin a přechody (oscilace) mezi jejich typy. Jako kandidát na temnou hmotu nicméně sterilní neutrina nejsou příliš brána, s neutriny to moc/vůbec nesedí. Omezení na sterilní neutrina přes pozorování teleskopu Planck (předpokládám, že bylo míněno Delta N_nu, případne N_eff) vyžadují termalizaci sterilních neutrin pro Delta N_nu (případně jejich slabou interakci pro N_eff), tedy to také není striktní.
https://arxiv.org/abs/1605.01990
http://arxiv.org/abs/1203.5406
Sterilní neutrina.
Vlastislav Výprachtický,2016-08-11 04:18:55
Pro základ "Nové fyziky" nehledejme částice ale kvanta s nulovou hmotností. Kvanta se při určitých podmínkách mohou stát částicí s nenulovou hmotností, ta by pak mohla být na stávajících zařízeních detekována. Lze možná zjistit přechodovou fázi kvanta-částice, na příklad při reakci v silném elektrostatickém poli, plazmatu. Bude to vyžadovat nové přístupyk interakcím, k nalezení vhodných detektorů a snímacích prvků.
David L1,2016-08-10 20:32:13
Takže IceCube umí detekovat částice, co neinteragují žádnou normální interakcí? Jak?
Re:
Richard Palkovac,2016-08-11 06:31:21
Ja si myslim, ze by tam uz konecne mali poslat Sheldona Coopera :)
Len srandujem, pracu fyzikov si vazim, odpoved je asi v prispevku "Martin S.,2016-08-11 04:31:33"
Re:
Drahomír Strouhal,2016-08-11 09:39:31
Když už by mě zajímalo, jak může částice, která vznikla slabou interakcí neinteragovat slabě. A když neiteraguje slabě, jak si představují její detekci.
A k tomu ještě otázka do pranice - vyzařují neutrina při průchodu opticky hustším prostředím čerenkovovo záření nebo nějakou jeho alternativu? (ale asi ne, protože na to je asi potřeba elektromagnetická interakce)
Re: Re:
Vladimír Wagner,2016-08-11 10:31:02
Čerenkovovo záření je spojeno s elektromagnetickou interakcí a navíc Čerenkovovo záření vyzařují pouze nabité částice, takže neutrina nemohou toto záření produkovat.
Re:
Jiří Svejkovský,2016-08-11 10:41:53
Jednoduše. Když něco naměří, jsou to obyčejná neutrina. Když nenaměří nic, jsou to ta neinteragující. Asi jako tehdá, když američtí vědci nalezli v horninách z doby bronzové měděný drát a z toho usoudili, že v Americe už v době bronzové existoval telegraf. Sovětští vědci v horninách z doby bronzové nenašli nic a z toho usoudili, že v Sovětském Svazu v době bronzové existovaly mobily.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
