Katastrofični neutrini

This is the HTML version on my article published in Hrvatski Obzor, 1997;137:40-1.


Piše: Dr.sc. Zdenko Franić
franic@imi.hr


Za vrijeme tri do četiri milijarde godina koliko postoji, život na Zemlji bio je nekoliko puta ugrožen, a jednom prilikom i gotovo potpuno uništen katastrofalnim srazom Zemlje i asteroida ili kometa. Astronomi procjenjuju da u blizini Zemljine putanje kruži oko 2000 objekata toliko velikih da bi u slučaju sudara sa Zemljom izazvali globalnu katastrofu. Danas je zemaljski život evoluirao do te mjere da je dovoljno sposoban obraniti se od takvih opasnosti, naravno ukoliko želi. Dinosauri nisu mogli predvidjeti svoju propast, ali ljudska rasa to može. Baš je to razlog gorkom razočaranju mnogih znanstvenika nedavnim vetom USA predsjednika Clintona na 30 milijuna dolara koje je Kongres odobrio za projekt Clementine II. Svemirski brod Clementine II trebao je biti lansiran godine 1999. prema asteroidu Tutatisu. Cilj misije bio bi ispaliti raketu u nesretni asteroid i snimiti cijeli događaj. To bi znanstvenicima pružilo izuzetno važne podatke za dizajniranje oružja namijenjenog uništavanju svemirskih objekata koji bi u budućnosti mogli ugroziti Zemlju. Predsjednika Clintona, zadovoljnog statusom USA kao jedine preostale istinske supersile očito ne brine mogući svemirski usud Zemlje. No, uz nuklearni rat, asteroide, smrtonosne viruse, ozonske rupe itd., opsesivni apokaliptičari su zahvaljujući modernoj fizici dobili još jedan scenarij uništenja zemaljskog života: smrtonosne neutrine.

Majušni neutron
Neutrini su one neuhvatljive subatomske čestice koje nemaju električni naboj, imaju malu ili čak nikakvu masu, kreću se brzinom svjetlosti, a s materijom jedva interagiraju. Postojanje neutrina predvidio je 1934. godine Wolfgang Pauli, pokušavajući objasniti odstupanje od zakona o održanju (sačuvanju) mase i momenta kod beta raspada atoma. Pauli je zaključio da se u procesu beta raspada jedan od neutrona u nestabilnoj atomskoj jezgri pretvara se u proton, praćen emisijom elektrona (beta čestice) ali i neutrina. Za fizičare su zakoni očuvanja svetinja, te je neutrino, ta čudna hipotetička čestica dočekan s olakšanjem. Teorija je opet bila u redu. Enrico Fermi, nazvao je Paulievu česticu "majušnim neutronom", što na talijanskom glasi: neutrino. No, za eksperimentalnu potvrdu postojanja neutrina trebalo čekati sve do 1956. godine. Štoviše, daljnji pokusi otkrili su postojanje čak tri vrste neutrina. Procijenjeno je da na svaki proton ili elektron, u našem Svemiru postoji oko milijardu neutrina, a u nuklearnim reakcijama koje se događaju u unutrašnjosti zvijezda stvaraju se i dalje. Ukupno 3% energije koju oslobađa Sunce otpada na neutrinsko zračenje, a takvi neutrini predstavljaju i jedini izravni način proučavanja unutrašnjosti Sunca. Dok je elektromagnetskom zračenju, kakvo je npr. vidljiva svjetlost, potrebno oko milijun godina da iz središta Sunca izađe na površinu, neutrinima je potrebna tek koja sekunda. No, višestruko veće količine neutrina oslobađaju se u konačnoj fazi postojanja, odnosno samrtnom hropcu nekih zvijezda. Kolaps zvijezda ne mora biti spektakularan i rezultirati vidljivom supernovom, poput one u sazvježđu Raka. Prema kineskim kronikama iz 1054. godine sjaj te supernove nadmašivao je sjaj Mjeseca. Procijenjeno je da se u našoj galaksiji "tiha" odnosno nevidljiva smrt neke zvijezde događa svakih 11 godina. Svakih pak 100 milijuna godina takav se događaj zbiva na udaljenosti nekoliko desetaka svjetlosnih godina od Sunca, što je u astronomskim mjerilima vrlo blizu. Pri tihom kolapsu zvijezde oslobađa se ogromna energija, oko 1046 džula (jedan nakon kojeg slijedi četrdeset šest nula!), i to u obliku visokoenergetskih neutrina. Zaintrigiran time, u radu objavljenom u prestižnom časopisu Physical Review Letters, J.I. Collar upustio se u dozimetriju neutrina.

19000 atoma, 1000 tumora
Neobično elegantnim proračunom Collar je procijenio da bi po svakom kilogramu živog tkiva neutrini podrijetlom s umiruće zvijezde sudarima "izbacili" oko 19000 atoma te tako inducirali 12 tumora. Odrasli čovjek mase osamdesetak kilograma obolio bi od oko 1000 tumora! Kornjača, prosječne mase pola kilograma, sa šest tumora prošla bi znatno "bolje", što ukazuje da bi veću šansu za preživljavanje vjerojatno imali manji organizmi. Srećom, neutrini sa Sunca nemaju dovoljnu energiju da prouzroče zločudne tumore u prosječnom životnom vijeku. Kada i ako se životni vijek produlji na više od 200 godina, prema Collarovim proračunima bit ćemo opet u opasnosti i od sunčevih neutrina. Paleontolozi su Collarovu teoriju dočekali sa smješkom. Ipak, paleontolozi ne mogu objasniti zašto do sada poznatih izumiranja u Zemljinoj prošlosti također imaju period od 100 milijuna godina, te zašto su pogađala mahom veće organizme! Dokazi o nekoliko naglih smanjenja obujma života, uključujući i nestanak dinosaura, jasno su naime "zapisani" u geološkim slojevima zemljine kore.

neutrino detector


Razlog za zabrinutost?
Na stranu što je Collar nedavno prikazao neutrine potencijalnim ubojicama, oni pravi miljenici teorijskih fizičara kozmologa, koji se bave Svemirom. Kad bi imali barem nekakvu masu, neutrini bi bili ozbiljni kandidati za rješenje zagonetke tzv. tamne (nevidljive) materije, o čijem postojanju ili nepostojanju ovisi konačna sudbina Svemira. Ukoliko postoji dovoljno takve materije, sadašnje širenje Svemira jednom će biti zaustavljeno gravitacijskim silama, te će se Svemir početi sažimati. Proračunavši masu cijelog vidljivog Svemira, kozmolozi su procijenili da bi za takav scenarij, bilo potrebno da tamna materija čini čak 90 do 99% Svemira! I, krenulo se u potragu za neutrinima. Znanstvenici su izračunali da u normalnim uvjetima kroz svaki kvadratni centimetar Zemljine površine svake sekunde prolazi 60 milijuna neutrina, ali samo jedan od milijardu i interagira s materijom kroz koju prolazi. Stoga snop neutrina može proći kroz cijelu Zemlju, a da uopće ne oslabi. Tako slaba interakcija neutrina s materijom, razlog je da su fizičari pribjegli neobičnim metodama detekcije neutrina, kao što je korištenje ogromnih podzemnih tankova perkloretilena (tekućina bogata klorom koja se inače rabi u kućanstvima za čišćenje) u jednom rudniku u Dakoti. Tu je i gigantski vodeni detektor s čak pola milijuna litara, smješten u Japanskim Alpama. Iako ova i još dva nezavisna istraživanja (još) nisu riješila problem tamne materije, uočeno je nešto drugo: sa Sunca pristiže sve manje neutrina. Eto, tek smo bili odahnuli od Collarovih neutrina ubojica, jer 100 milijuna godina je ipak dosta vremena, a evo novog razloga za zabrinutost. Ne znači li to da se "gasi" nuklearna fuzija u unutrašnjosti Sunca, te Zemlja ide ka novom ledenom dobu? Možda problem manjka sunčevih neutrina leži u dizajniranju eksperimenata? Ili pak neutrini iščezavaju na putu prema Zemlji pretvarajući se u neku novu subatomsku česticu? Možda nešto nije u redu s modelom Sunca? Zadovoljavajućeg objašnjenja još nema. Izvjesno je pak da postoje indicije o dugoročnim promjenama zračenja Sunca, kao što je tzv. Maunderov minimumom u XVII stoljeću. U tom mini-ledenom dobu koje je trajalo od 1640. do 1710. godine, u Europi su vladale neuobičajene hladnoće. Cijelo to vrijeme na Suncu nisu opažene sunčeve pjege, koje se inače periodički javljaju svakih 11 godina. To jest bio prolazni fenomen, ali fenomen koji jasno ukazuje na krhkost klime na Zemlji. Još da je u to vrijeme bilo moguće mjeriti intenzitet neutrinskog zračenja... U međuvremenu nuklearna se fuzija na Suncu ipak nastavlja, što fizičarima i kozmolozima ostavlja dovoljno vremena da pokušaju odgovoriti na mnoga intrigantna pitanja. Katastrofičari vjerojatno neće mirovati, te će ubrzo predskazati novi način uništenja Zemaljske civilizacije. Za neke, posebice informatičare, smak će svijeta nastupiti godine 2000. kada će se u svoj svojoj zločudnosti manifestirati tzv. milenijski bug (neodgovarajući format zapisa nadnevaka u računalima). Glede neutrina, sve ukazuje da su oni daleko kompleksnije čestice no što se prvotno mislilo. Fizičari su pak, ne pouzdavajući se isključivo u neutrine kao glavne kandidate za popunjavanje manjka "tamne materije", pokušali spasiti konzistentnost teorije o sudbini našeg Svemira na nov način. Tamnu bi materiju činile čestice još čudnijih svojstava od neutrina, te još čudnijih imena: WIMP i MACHO. Nove su čestice izgleda teoriskim fizičarima pravi deus ex machina! Kako je stvarnost često nevjerojatnija od mašte, izgleda da je samo pitanje vremena kada će se i njihovo postojanje eksperimentalno potvrditi.


Croatian Line

Last Update: 26 November 1997.

[ http://mimi.imi.hr/~franic]

Webtechs Cougar Checked
Webtechs Cougar Checked!

However, please note there are some non SGML characters in text