Téma měsíce: Pomůže Katrin s českou účastí odhalit tajemství hmoty a vesmíru?

Ještě v roce 1930 znali fyzici jenom dvě elementární částice – proton s kladným nábojem a elektron s nábojem záporným. Teprve v roce 1932 objevil britský fyzik James Chadwick neutron. Ten je zjednodušeně řečeno stejně hmotný jako proton, ale nemá žádný elektrický náboj. Chadwick za svůj objev získal Nobelovu cenu a také svým objevem připravil cestu pro štěpení atomových jader a vznik atomové bomby. To jsem ale odbočil někam jinam. Už v době, kdy fyzika neutron ještě neznala, ale jiný budoucí nositel Nobelovy ceny – Švýcar Wolfgang Pauli teoreticky předpověděl elementární částici bez elektrického náboje– neutrino. A tato částice byla skutečně objevena o 25 let později v roce 1956. Jenže od té doby nedává fyzikům spát.

Neutrina jsou po fotonech druhou nejhojnější částicí ve vesmíru a zároveň jsou vůbec nejlehčí dosud známou částicí. Při této zmínce je ale nutné zpozornět. Ještě před několika lety se fyzici dohadovali, zda neutrina mají klidovou hmotnost nulovou či. Nyní už bezpečně vědí, že je nenulová. Nevědí ale, jak je velká. Je to přitom zásadní otázka. Její zodpovězení by totiž mohlo přinést nový pohled na stavbu hmoty i vývoj vesmíru. Na odhalování tajemství hmotných neutrin se podílejí i čeští vědci v rámci mezinárodního projektu KATRIN.

„O zjištění této veličiny usiluje už třetí generace fyziků.“

Říká Dr. Otokar Dragoun z Ústavu jaderné fyziky Akademie věd České republiky.

„Teorie zatím hmotnost neutrina předpovědět neumí a experimenty dosud jenom zjišťovaly horní hranici hmotnosti neutrina. Takže dnes víme, že čtvrt milionu neutrin je lehčí než jeden elektron. A elektron je druhá nejlehčí známá částice.“

Otokar Dragoun, foto: autor

V roce 2001 vznikl fyzikálně inženýrský projekt KATRIN s velice ambiciózním cílem: dosáhnout desetkrát větší citlivosti při měření hmotnosti neutrina než je tomu dnes. To už by měla být kosmologicky významná citlivost. Celé mohutné zařízení se buduje ve Výzkumném centru v německém Karlsruhe. Tým více než stovky vědců a techniků je ale mezinárodní.

„Je příjemné říci, že kromě německých, ruských a amerických fyziků je spoluzakladatelem projektu malá skupina českých fyziků z Ústavu jaderné fyziky v Řeži. Jde o jediný projekt tohoto typu v celosvětovém měřítku. A naše účast je vynikajícím zhodnocením naší dosavadní práce v oboru přesné spektroskopie elektronů z jaderného rozpadu.“

Popisovat fyzikální princip připravovaného experimentu by mělo smysl jenom pro odborníky. My ostatní se tedy spokojíme s konstatováním, že čeští vědci budou s pomocí tuzemského spektrometru záření beta, které má vynikající rozlišení, odpovídat za vývoj radioaktivních standardů nezbytných pro spolehlivou činnost onoho velkého zařízení v Karlsruhe.

„Celý projekt je organizován tak, že každá skupina účastníků musí převzít odpovědnost za určitou část projektu. My, čeští fyzici, odpovídáme za to, že měření budou probíhat za tak stabilních podmínek, aby bylo spolehlivě dosaženo očekávané zlepšení citlivosti na hmotnost neutrina. Nestabilním přístrojem bychom dostali falešné výsledky.“

Některé lidi třeba láká otázka, zda stanovení klidové hmotnosti neutrin může pomoci k objasnění záhady tzv. temné hmoty ve vesmíru. Ta by měla tvořit více než pětinu celkové hmoty a energie přítomné ve vesmíru, přičemž vědci stále neví, co tvoří její podstatu. Je pouze zřejmé, že temnou hmotu tvoří elementární částice, které nemají elektrický náboj a které procházejí běžnou látkou, jako by neexistovala. Dřívějším kandidátem na částice temné hmoty proto byla právě neutrina.

„Podle dnešních experimentálních zjištění všechna dosud nepozorovaná temná hmota nemůže být způsobena jenom neutriny. Je to její část. Jak velká je ta část, to zatím nejsme schopni říci. Není přesně nulová, ale jestli je to řekněme 15 procent nebo méně, to zatím nevíme.“

Vraťme se tedy k projektu KATRIN. Vlastní měření začnou v roce 2010 a potrvají pět až šest roků, než se podaří získat maximum citlivosti, které bude mohutný 70metrový přístroj v Karlsruhe nabízet. To jsou ale doby zcela obvyklé v neutrinové fyzice. A pak je zde ještě jedna stránka věci. Projekt je samozřejmě také finančně velmi nákladný. Hlavní část prostředků podle doktora Dragouna do něj dává Německo. Češi přispívají především svým know-how.

„Pokud jde o český příspěvek, ten je hlavně v práci, kterou odvádíme, v měřeních na našem přístroji v Ústavu jaderné fyziky v Řeži, a samozřejmě také v našich zkušenostech. Zkušenosti, to je věc, kterou koupit nemůžete. Tak je to ve vědě vždycky. A je dobře, když se pak něco takového podaří. Víte, vzpomeňme si na slova Karla Čapka: jediná šance malého národa je v kvalitě.“