Neutrino poprvé předpovědělWolfgang Pauli roku1931, kdy vysvětlil spektrumbeta rozpadu – rozpaduneutronu naproton a elektron. Pauli předpověděl vznik nedetekované částice o energii amomentu hybnosti rovným pozorovanému úbytku těchto hodnot u produktů oproti původním částicím. Vzhledem k jejich malé reaktivnosti trvalo 25let od vyslovení hypotézy o jejich existenci k jejímu experimentálnímu ověření. Roku1956Clyde Cowan,Frederick Reines, F. B. Harrison, H. W. Kruse, a A. D. McGuire zveřejnili článekDetekce volných neutrin: potvrzeno v časopiseScience. Tento výzkum byl později odměněnNobelovou cenou za fyziku.
Název neutrino vytvořilEnrico Fermi, autor první teorie popisující chování neutrin. Jde v podstatě o slovní hříčku: vitalštině znamenáneutrone (název pro neutron) velký a neutrální, kdežtoneutrino znamená malý a neutrální.
Roku1962Leon Lederman,Melvin Schwartz aJack Steinberger dokázali existenci více typů neutrin tím, že detekovalimionová neutrina. Když byl vSLAC roku1975 poprvé pozorován třetílepton (τ –tauon), začala se předpokládat i existence odpovídajícího neutrina. První důkaz existence třetího neutrina bylo pozorování chybějící energie a momentu hybnosti přitau rozpadu podobnému beta rozpadu. První pozorování interakce tauonového neutrina oznámil projektDONUT veFermilabu,[1] čímž došlo k objevu poslední částicestandardního modelu, jejíž interakce před tím nebyla pozorována.
Jsou známy tři typy neutrin:elektronové neutrino νe,mionové neutrino νμ atauonové neutrino ντ, pojmenované podle jim odpovídajícíchleptonům vestandardním modelu (viz tabulka). Zatím nejlepší odhad počtu neutrin byl zjištěn pozorovánímrozpadubosonu Z. Tatočástice se může rozpadat na kterékoli neutrino a jehoantineutrino. Jeho doba života tak závisí na počtu druhů neutrin: čím více druhů neutrin, tím více možností rozpadu, a tak i kratší doba života. Měření, která v roce 2003 sumarizoval Eidelman, ukazují, že počet typů lehkých neutrin (o hmotnosti < 1MeV) je 2,984 ± 0,008.[2]
Přestože uvedené výsledky naznačují, že nemůže existovat více typů lehkých neutrin, není vyloučena existence rodinyčástic, která by obsahovala velmi těžké neutrino.[3] Náznaky, ukazující na existenci takových neutrin, se hledají při spuštění každého nového „nejvýkonnějšího“urychlovače.
Sterilní neutrino je hypotetická částice, která by oproti třem dosud známým neutrinům neměla podléhatslabé interakci, ale měla by na ni působit jengravitace, a proto jsme jej dosavadními typy detektorů nebyli schopni zaznamenat.[4] Předpověděli je fyzikové z americkéFermiho laboratoře, kteří při experimentuMiniBooNE (Mini Booster Neutrino Experiment) zjistili víceoscilací neutrin, než očekávali.[5] Pokud by se prokázala existence sterilního neutrina, bylo by kandidátem na vysvětlení podstatytemné hmoty ve vesmíru.[4] Sterilní neutrino ale pravděpodobně neexistuje.[6]
Účinný průřez proslabou interakci neutrin je velmi malý, proto neutrina procházejí běžnou hmotou (např. celouZemí) většinou bez jakékoli reakce. Např. jedním cm² lidského těla proletí za 1 sekundu asi 60 miliard neutrin.[7]
Slunce emituje neutrina o energii několikaMeV: k zachycení aspoňpoloviny z nich by bylo třeba blokolova o tloušťce asijedensvětelný rok (~1016m). Detekce neutrin zvesmíru je tedy velmi náročná a vyžaduje velmi rozměrné detektory. Jinou možností výzkumu jejich vlastností je produkovat uměle svazky neutrin o velkéenergii.
V současné době je široce přijímáno, že neutrina jsou hmotná.[2][pozn. 1]Standardní model původně předpokládal, že jsou neutrina nehmotná, avšak přidání hmotnosti neutrin do tohoto modelu není obtížné a poslední experimenty ukazují, že neutrina opravdu majíhmotnost.
Nejpřísněji klade modelovou horní hranici hmotnostikosmologie. Modelvelkého třesku předpokládá, že je tu stálý poměr počtu neutrin afotonů vkosmickém záření. Kdyby celková hmotnost všech třech typů neutrin překročila 50eV (na neutrino), bylo by ve vesmíru tolik hmoty, že by se zhroutil. Tuto hranici by šlo překonat předpokladem, že je neutrino nestabilní, avšak toto by bylo obtížné začlenit do Standardního modelu. Barionové oscilace vesmíru dávají modelově horní limit pro všechna neutrina 0,16 eV.[8]
Experimentálně však byl stanoven nejnižší horní limit hmotnosti elektronového neutrina pouze na 27 eV.[9]
Když se postavily první detektory neutrin, měření zachycovala stopy mnohem méně elektronových neutrin, než byl teoretický předpoklad.[10] Mohlo to znamenat, že naše představy o procesech probíhajících veSlunci jsou chybné. Řešením problému by mohla být například nižší teplota uvnitřSlunce, ale to neodpovídá jiným měřením. Jakonejpravděpodobnější se jevilaoscilace neutrin – děj, při němž se mění typ neutrina. Aby takovátohypotéza mohla platit, musí mít neutrina nenulovouhmotnost.
Oscilace neutrin byly potvrzeny v několika experimentech a byly již experimentálně určeny i některé jeho parametry (vybrané směšovací úhly).[11][12]
Při pokusech v rámciexperimentu OPERA byla v listopadu 2011 jednomu druhu neutrin (mionovým neutrinům) naměřena nepatrněnadsvětelná rychlost.[13] Vzdálenost 731 km z evropského střediskaCERN ve Švýcarsku do italského podzemního detektoru vGran Sasso překonala neutrina podle měření o 60nanosekund rychleji, než kdyby letělarychlostí světla. Přesnost měření přitom vědci spočítali na 10–15 nanosekund.
Tento výsledek by byl ve sporu se současnými představamirelativistické fyziky,[14] a proto se hledaly chyby experimentu, které by umožnily jeho vyvrácení. Jedna možná technická chyba mohla spočívat voscilátoru používaném k tvorbě časových značek pro synchronizaciGPS, druhá v časové kalibraci připojeníoptického vlákna přivádějícího externí GPS signál k řídicím hodinám.[15] Jako potenciální metodická chyba byla zkoumána také nesprávná relativistickásynchronizace hodin.[16][17] Sesterský experiment ICARUS, hledající energetické projevy nadsvětelných neutrin, žádné nezaznamenal,[18][19] a novým měřením rychlosti neutrin v r. 2012 vyvrátil její nadsvětelnost.[20][21]
Nakonec v r. 2012 i tým OPERA potvrdil po revizi a započtení přístrojových vlivů nesprávnost předchozích výsledků.[22]
Umělé zdroje –Jaderné elektrárny jsou nejvýznamnějším zdrojem neutrin v důsledku lidské činnosti. V běžné jaderné elektrárně vzniká každou sekundu přes 50 000 neutrin. Neutrina rovněž vznikají vurychlovačích částic. Teoreticky by šlo zkonstruovat neutrinový laser.[23]
Kromě výše uvedených pěti zdrojů se předpokládá, že je celývesmír vyplněn neutriny, vzniklými v raných horkých dobáchvesmíru, těsně povelkém třesku. Z výpočtu se odhaduje jejich hustota na 340 cm−3 a teplota 1,95K. Vzhledem k nízkéenergii je jejich přímá detekce současnými prostředky nemožná.
interakce vysokoenergetických neutrin s protony za vznikumionů μ.
Protože neutrina interagují jen velmi omezeně s jakoukoliv hmotou, jsou detektory neutrin vždy velká zařízení. Jsou obvykle umístěna pod zemí, aby se omezil vliv ostatníchčástic.
↑WAGNER, Vladimír.Úvod do subatomové fyziky [online]. Ústav jaderné fyziky AV ČR, 2010 [cit. 2011-10-02]. Prezentace č.10. Částice a jejich interakce, snímek 15.Dostupné v archivu pořízeném dne 2011-10-13.
↑abEIDELMAN, Simon I., et al. Leptons in the 2004 Review of Particle Physics.Physics Letters B. 2004, roč. 592, čís. 1. Část Number of Neutrino Types and Sum of Neutrino Masses.Dostupné online.ISSN0370-2693.
↑WAGNER, Vladimír.Jak se vyznat ve všemožných částicích? [online]. Osel.cz - Objective source e-learning, 2008-04-05 [cit. 2011-10-02]. Kapitola Částice hmoty.Dostupné online.
