Tento článok si môžete prečítať vďaka ESET Science Award, oceneniu Nadácie ESET, ktoré podporuje výnimočnú vedu na Slovensku.
Komu dáte hlas?
Kliknutím na vybrané meno v ankete uvedenej na začiatku článku odovzdáte hlas svojmu favoritovi. Predstavenie všetkých nominovaných finalistov nájdete tu.
ESET ScienceAward: Hlasovanie o cene verejnosti 2020
Anketa už bola ukončená.
Hoci patria medzi najrozšírenejšie častice vo vesmíre, sú veľkou neznámou. Každú sekundu cez nás prelietavajú milióny neutrín rýchlosťou blízkou svetlu. Bez toho, aby sme si to vôbec uvedomili.
A pritom tieto nepolapiteľné častice sú kľúčom k pochopeniu vesmíru.
„Súvisia v podstate s celou evolúciou vesmíru, ktorá je predmetom záujmu kozmológie. Hlavnou neznámou sú práve základné vlastnosti neutrín, z ktorých mnohé nepoznáme,“ vysvetľuje význam poznania častíc jadrový fyzik Fedor Šimkovic z Fakulty matematiky, fyziky a informatiky Univerzity Komenského.
„Podstatná vlastnosť neutrín je ich hmotnosť, o ktorej vieme len toľko, že je veľmi malá v porovnaní s inými časticami. Pri vývoji vesmíru totiž zohrávajú hlavnú úlohu gravitačné sily, ktorých veľkosť je určená práve hmotnosťou.“
Tým sa však dôležitosť neutrín nekončí. Môžu totiž byť dôležitou časťou temnej hmoty, ktorá tvorí až 85 percent všetkej hmoty vo vesmíre, no nie je viditeľná. Pozorovať sa dá len jej gravitačný vplyv na okolie.
A v neposlednom rade malá hmotnosť neutrín hovorí o existencii novej fyziky, ktorá je mimo rámca štandardného modelu, súboru poznatkov o väčšine známych častíc. V ňom totiž majú nulovú hmotnosť.
Odpovede cez extrémne vzácny proces
Neutrína vznikajú v jadrových reakciách hviezd vrátane nášho Slnka, pri zrážkach kozmického žiarenia s atmosférou Zeme či pri rozpade ťažkých jadier atómov v Zemi, jadrových reaktoroch či urýchľovačoch.
Na výskum týchto častíc Šimkovic využíva atómové jadrá, v ktorých skúma bezneutrínový dvojitý beta rozpad. Je to extrémny proces, ktorého časové ohraničenie je rádovo desať na dvadsiatu šiestu rokov, čiže oveľa dlhšie ako vek samotného vesmíru.
Proces dosiaľ nik nepozoroval, hoci bol predpovedaný v roku 1937. No jeho pozorovanie by mohlo o neutrínach veľa povedať.
Neutríno ako jediná častica môže byť sama sebe antičasticou, lebo je elektricky neutrálna (ostatné častice majú samostatnú antičasticu, ktorá má opačný náboj). Túto podstatu neutrín, ktorá sa nazýva majoranovská, vyžaduje väčšina teórií Veľkého zjednotenia, ktoré sú mimo rámca štandardného modelu. Zachytenie procesu rozpadu by teda bolo dôležité pre potvrdenie týchto teórií. Okrem toho by mohol odpovedať aj na otázku hmotnosti.
„Pravdepodobnosť rozpadu závisí od hmotností neutrín. Tým by sme vedeli viac nielen o nich, ale aj čosi o štruktúre nepolapiteľných častíc,“ vysvetľuje Šimkovic.
Malý, no úspešný tím
Výskum neutrín už získal štyri Nobelove ceny za fyziku, naposledy v roku 2015.
„Nezodpovedaných otázok je mnoho, určite prídu ďalšie,“ myslí si fyzik.
Prečo je napríklad hmotnosť neutrín omnoho menšia ako hmotnosť ostatných základných častíc. Záhadou tiež je, ako táto malá hmotnosť vzniká, pretože v tom prípade je proces iný ako u častíc, ktoré majú svoju antičasticu. Neutrína sú tak dobrou cestou, ako sa o novej fyzike dozvedieť viac.
Napriek dôležitému výskumu si Šimkovic nemyslí, že by raz mohol priniesť nobelovku na Slovensko.
„Šancu na cenu majú krajiny, ktoré vedia financovať základný výskum. Experimenty, na ktorých sa podieľame, majú potenciál, ale nehráme primárnu úlohu,“ dopĺňa.
Predpokladá sa, že proces by sa dal pozorovať už so súčasnými technológiami. S týmto cieľom vznikajú veľké medzinárodné experimenty v podzemných laboratóriách.
Šimkovic vedie na fakulte malý, no úspešný tím utvorený mladými vedcami a vedkyňami. Zvládajú experimentálne úlohy vo viacerých medzinárodných neutrínových pokusoch. Podieľajú sa napríklad na konštrukcii a prevádzke teleskopu v ruskom jazere Bajkal, ktorý skúma prichádzajúce neutrína z centra našej galaxie, ako aj z priestoru mimo nej.
Experimenty sa totiž budujú hlboko pod povrchom, aby sa vylúčil vplyv kozmického žiarenia.
Verí, že je na správnej ceste
„Chcel by som aspoň čiastočne odhaliť záhadu neutrín, teda určiť niektoré základné vlastnosti. Verím, že výskum atómových jadier a ich procesov je tá správna cesta,“ pokračuje fyzik.
Taktiež by bol rád, keby sa mu na Slovensku podarilo vybudovať úspešný, medzinárodne uznávaný vedecký tím. Chcelo by však aj lepšie financovanie vedy.
Medzi jeho doterajšie úspechy patrí napríklad návrh mechanizmu tvorby hmoty neutrín. Jeho najviac citované práce sú tie, ktoré sa týkajú štruktúry jadra či mechanizmov rozpadov s neutrínami, alebo sú spojené s novou fyzikou.
