A természet szellemrészecskéi

A neutrínók bámulatba ejtő szellemrészecskék. Testünk minden négyzetcentiméterén másodpercenként 60 milliárd, elsősorban a Napból származó neutrínó száguld keresztül, miközben ebből semmit sem veszünk észre. A 60 milliárd neutrínóból rendszerint egyetlen egy sem lép kölcsönhatásba atomjainkkal. Többségük akár egy fényévnyi vastag ólomrétegen is átjutna változatlanul. Kimutatásukra ezért kell hatalmas észlelőrendszereket építeni.

Az alábbi összeállítás egy sorozat ötödik része, amely a Scientific American c. tudományos-ismeretterjesztő lap a fizikai tudás határaival foglalkozó különszáma alapján készült. A neutrínókkal kapcsolatos, Edward Kearns, Takaaki Kajita és Yuji Totsuka tollából származó cikket Jéki László fizikus "szelídítette meg" és egészítette ki Olvasóink számára.

Idézzük fel röviden a neutrínó-kutatások történetének főbb állomásait (egyes eseményeket a későbbiekben részletezünk). A neutrínó létezését Wolfgang Pauli tételezte fel 1930-ban. 1933-ban Enrico Fermi beépítette a neutrínót a béta-bomlás elméletébe. (A neutrínó név olaszul "kis semlegest" jelent, a "nagy semleges" az 1932-ben felfedezett neutron.) Létezésüket kísérletileg F. Reines és C. Cowan mutatta ki elsőként 1956-ban atomreaktor mellett, majd 1962-ben különböztették meg először az elektron- és a müon-neutrínókat. 1969-ben R. D. Davies egy bánya mélyén 600 tonna detektoranyaggal mérte meg a Napból érkező neutrínókat. 1987-ben kezdődött a neutrínó-csillagászat: két detektorral is észlelték a Nagy Magellán-felhőben lezajlott szupernóva-robbanásból származó neutrínókat. 1989-ben részecskefizikai kísérletek során bebizonyosodott, hogy háromféle neutrínó létezik. 1998-ban Japánban mutatták ki először, a később részletesen ismertetendő Szuper-K detektorrendszerrel a neutrínók egymásba való átalakulását. 2000-ban az amerikai Fermi nemzeti laboratóriumban elsőként észleltek tau-neutrínó eseményt. 2001-ben megoldották a Nap-neutrínók rejtélyét: azért észleltek évtizedekig a vártnál kevesebb Napból jövő neutrínót, mert a különböző neutrínó-típusok útközben átalakultak egymásba.

Az elemi részek világát leíró Standard Modell szerint háromféle neutrínó létezik, s a kísérleti fizikusok már meg is találták mindegyiket. Az elektron-neutrínó és egy atommag kölcsönhatása során elektron keletkezik, a müon-neutrínó és az atommag találkozásakor az elektronnál 200-szor nehezebb müon jelenik meg, míg a tau-neutrínónak köszönhető a még nehezebb, az elektronnál 3500-szor nagyobb tömegű tau-részecske megjelenése. A neutrínókat évtizedeken át tömegnélküli részecskéknek gondolták. Ha azonban az egyik neutrínó-féleség képes egy másik fajtává átalakulni, akkor ez a kvantumelmélet szerint csak akkor mehet végbe, ha a neutrínóknak van nullától különböző tömege.