Koherentne hajumine: raskestituvastatavad neutriinod tabati seninägematust vastasmõjust

43 aastat tagasi prognoosis füüsikateoreetik Daniel Freedman, et vähemõistetud ja raskestitabatavad osakesed neutriinod, mis läbistavad vaevata praktiliselt kõiki mateeria vorme, võivad üksteist teatud tingimustel vastastikku mõjutada viisil, mis teeb nende täheldamise oluliselt hõlpsamaks.

Nüüd on rahvusvaheline uurimisrühm maailma väikseima neutriinodetektori abil viimaks katseliselt tõendanud, et nähtus, mida nimetatakse koherentseks hajumiseks (ingl coherent scattering), on päriselt olemas.

„See on teatud mõttes olnud neutriinofüüsika Püha Graal,“ kommenteeris avastust Chicago ülikooli eksperimentaalse füüsika professor Juan Collar, üks nelja eri riigi 19 asutuse juures töötavat 80 teadlast ühendanud uurimisrühma liikmetest, kes augusti hakul ajakirjas Science ilmunud värske uurimusega seotud olid. „40 aastat oleme me üritanud seda protsessi mõõta. Ma ise olen varem kahe teistsuguse tehnika abil püüdnud tulemuseni jõuda vähemalt kahel korral, nagu paljud teisedki, ja seni polnud me kusagile jõudnud,“ tunnistas Collar.

Reeglina kaaluvad neutriinodetektorid tuhandeid tonne, kuid Collar ja tema kolleegid konstrueerisid uut tüüpi detektori, mis kaalub ainult 14,5 kilogrammi. Taoline aparaat on kergesti transporditav, mis teadlaste osutusel võimaldab seda kasutada väga mitmesugustes olukordades.

Eksperimendi läbiviimiseks paigaldasid füüsikud detektori umbes 20 meetri kaugusele USA-s Tennessee osariigis Oak Ridge’i riiklikus laboratooriumis tegutsevast soojuslike neutronite allikast SNS (ingl Spallation Neutron Source). SNS-i kasutatakse peamiselt neutronite tekitamiseks, kuid see toodab kõrvalsaadusena ka neutriinosid.

Teadlastel õnnestus mõõta neutriinode koherentset hajumist detektorist pärinevate aatomite tuumadest. Reeglina satuvad neutriinod üksikute prootonite või neutronitega vastastikmõjusse tuuma sisemuses, kuid Freedmani 1974. aastal prognoositud koherentse hajumise puhul mõjutab lähenev neutriino kogu tuuma laengut.

Taolise protsessi mõju meenutab mõneti seda, mis toimub piljardilaual mängu avalöögi ajal — lahtilöömispall tabab esimest palli piljardilaua keskele moodustatud kolmnurgas, energia levib ühelt pallilt edasi järgmistele ning pallid paiskuvad mitmes suunas laiali, selgitas Collar.

„Umbes samamoodi arenevad sündmused atomaarsel tasandil,“ rääkis Collar. „Lähenev neutriino annab löögi kogu aatomituumale ning too tuum põrkub vastu teisi lähedal paiknevaid tuumasid. Nii tekib väike hulk kontsentreeritud korratust, millest sünnib tilluke hulk valguskiirgust.“

Erinevalt piljardimängust on neutriinode mõjud aatomituumadele väga nõrgad, täpsustas Collar.

Osakeste vastastikmõju tulemusel tekkiva valguse mõõtmiseks kasutasid teadlased spetsiaalset stsintillaatorkristalli (ingl scintillator crystal), mis osakesega pihta saades valgust kiirgab. Kiirguse võimendamiseks modifitseerisid uurijad tseesiumjodiidi-kristalli naatriumiga.

Collari osutusel teeb taoline tehnika neutriinode tuvastamise sada korda tõenäolisemaks.

Kirjutas LiveScience