Neutrina

Cała historia zaczęła się prawie 70 lat temu. W celu ratowania jednej z fundamentalnych zasad fizyki przyjęto hipotetyczną, nie wykrytą jeszcze wówczas cząstkę - neutrino. Nikt jednak nie spodziewał się, że może ona w przyszłości wykazać, iż dotychczasowa wiedza nie jest zgodna z rzeczywistością.

Jak to zwykle bywa, jeden problem pociągnął za sobą drugi. Tajemnicza cząstka ma na tyle niekorzystne, z punktu widzenia fizyków, właściwości, że opierała się naukowcom przez ćwierćwiecze. Lata mijały, cała fizyka cząstek rosła w siłę, rozszerzał się model standardowy, a neutrino wciąż nie dawało odkryć swoich tajemnic. Rozważono wszelkie możliwe źródła neutrin i rozpoczęło się prawdziwe polowanie. Tutaj z pomocą przyszła ludziom technika. Elektrownie atomowe okazały się tak szeroką rzeką cząstek, że nawet pomimo znikomego oddziaływania udało się je zarejestrować. W ten sposób (wykorzystując sztuczne źródła) wykazano istnienie trzech rodzajów neutrin, co zamykało – jak wydawało się wówczas – pełny model standardowy.

Okazało się jednak, że mamy w swoim zasięgu dodatkowe źródło neutrin. W miarę jak poznawano Słońce i odkrywano kolejne reakcje w nim zachodzące neutrino zdawało się wypełniać istniejące w obserwacjach luki. Pierwszy eksperyment utworzony specjalnie dla obserwacji strumienia neutrin ze Słońca rozpoczął się w 1970r. (Homestake). Już na podstawie pierwszych wyników określono, że z tajemniczą cząstką znowu zaczynają się problemy – obserwacje zupełnie nie zgadzają się z przewidywaniami. Były dwie możliwości: istniał jakiś nieznany jeszcze proces rządzący cząstkami lub przyjęte modele nie były poprawne. Tak rozpoczęło się poszukiwanie rozwiązania słynnego Solar Neutrino Problem.
Od tamtego czasu zaczęły się pojawiać coraz to nowe eksperymenty. Zmieniała się tylko zasada działania i opracowywane reakcje, jednak wyniki były wciąż mniej więcej takie same – rejestrowano zbyt mało neutrin!

Zadziwiały już jednak nie tylko rozmiary przedsięwzięć, ale coraz to większe i zaopatrzone w coraz bardziej skomplikowane urządzenia pomiarowe detektory. Począwszy od podobnych do siebie eksperymentów SAGE i GALLEX obserwujących wystawione na neutrina słoneczne kilkudziesięciotonowe zapasy galu, poprzez japoński Kamiokande z lat osiemdziesiątych wykorzystujące kilka tysięcy ton wody, aż po najsłynniejszy i największy jak dotychczas detektor Super Kamiokande wykorzystujący zbiornik z około 50 mln litrów ultra-czystej wody. Dopiero dzięki temu ostatniemu znaleziono rozwiązanie. Wyniki przedstawiono oficjalnie w czerwcu 1998 r.

Z pomocą przyszła mechanika kwantowa i mechanizm oscylacji. Ponieważ nie możemy jak na razie rejestrować wszystkich rodzajów neutrin, wysunięto hipotezę, iż w swojej drodze na Ziemię cząstka może zmienić się w swój odpowiednik z innej generacji, nie dający się wykryć przez obecne detektory. Zespół SK udowodnił, że proces oscylacji rzeczywiści zachodzi, jednak wymusza zmianę jednego z założeń modelu standardowego. Dotychczas opierał się on na stwierdzeniu, że neutrino podobnie jak foton jest bezmasowe, jednak fizyka jednoznacznie wykazuje konieczność posiadania masy przez cząstki podlegające oscylacjom. Jeżeli więc udowodniono istnienie tego procesu, jest to jednoznaczne z koniecznością odrzucenia obecnego modelu standardowego. Rozwiązanie jednego problemu spowodowało powstanie następnego. Ale w końcu dla takich rzeczy żyją naukowcy...