• Neutrína sú malé častice, ktoré môžu skrývať tajomstvá niektorých z najväčších záhad vesmíru.
• Projekt DUNE dúfa, že sa dozvie viac o týchto ťažko študovateľných „molekulách duchov“.
• Aby to bolo možné, projekt pošle neutrína približne 800 míľ medzi Illinois a Južnú Dakotu.

Takmer pred siedmimi rokmi začali posádky presúvať 800 000 ton horniny z jedného miesta Bývalá zlatá baňa Blízko Lead, Južná Dakota.

Výsledné tri podzemné jaskyne sú dlhé 500 stôp a sú takmer dosť dlhé na to, aby sa do nich zmestila sedemposchodová budova.

Očakáva sa, že projekt DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment) bude stáť najmenej 3 miliardy dolárov a vedú ho vedci z amerického ministerstva energetiky. Fermilab.

V konečnom dôsledku bude každá jaskyňa obsahovať 17 500 ton tekutého argónu, ktorý fyzikom z Fermilabu pomôže odhaliť nepolapiteľné častice známe ako neutrína, známe aj ako „častice duchov“.

Neutrína sú subatomárne častice, ktoré sú všade okolo vás a prechádzajú priamo cez vás, bez povšimnutia. Slnko ich vytvára. Vyrábajú ich supernovy. Dokonca aj banány produkujú neutrína.

„Ak zdvihnete ruku, každú sekundu prejde vašou rukou 10 miliárd neutrín zo Slnka,“ povedala pre Business Insider fyzika a hovorkyňa DUNE Mary Pichai.

Neutrína sú prezývané ako častice duchov, pretože im chýba elektrický náboj, a preto zriedka interagujú s čímkoľvek, s čím prídu do kontaktu.

To tiež sťažuje ich štúdium, no vedci trvajú na tom, že neutrína môžu byť kľúčom k odomknutiu tajomstiev vesmíru, od toho, čo sa stalo hneď po Veľkom tresku, až po pozorovanie zrodu čiernej diery.

Neutrínový lúč medzi Illinois a Južnou Dakotou

Je ťažké študovať časticu, ktorá nevyžaruje žiarenie a je ľahšia ako elektrón. „Interakcie neutrín sú ako ihly v kope sena,“ povedal Pichai.

Vedci z Fermilabu chcú študovať neutrína do bezprecedentných detailov, ako nikdy predtým, pomocou DUNE.

Preto bude mať DUNE najväčší neutrínový detektor svojho druhu.

Po dokončení je experiment navrhnutý tak, aby začal sériou… Urýchľovače častíc Vo Fermilabe pri Chicagu, Illinois.

Urýchľovače najprv vypália extrémne silný lúč neutrín cez detektor vo Fermilabe. Lúč potom prejde pod zemou 800 míľ k detektorom v Sanford Underground Research Facility v Južnej Dakote.

Po ceste urobia neutrína niečo dosť zvláštne. Existujú tri typy neutrín a častice sa medzi nimi môžu prepínať tam a späť, čo je jav známy ako oscilácia. Jeden vedec z Fermilabu to prirovnal k domácej mačke transformácia Na jaguára a potom na tigra, kým sa vráti do pôvodnej podoby.

Sledovanie toho, ako sa neutrína menia na týchto dlhých vzdialenostiach medzi Illinois a Južnou Dakotou, pomôže vedcom lepšie pochopiť tieto oscilácie tým, že im poskytne úplnejší pohľad ako súčasný 500-míľový experiment NOvA spoločnosti Fermilab medzi Illinois a Minnesotou.

Robiť to všetko míľu pod zemou chráni drobné, oscilujúce častice pred energetickým kozmickým žiarením, ktoré každú sekundu prší na zemský povrch a môže zasahovať do údajov.

Vyriešte tajomstvá vesmíru

Vedci dúfajú, že s DUNE odpovedia na tri kľúčové otázky: prečo je vesmír tvorený hmotou a nie antihmotou, čo sa stane, keď hviezda skolabuje a rozpadajú sa protóny?

„Hmota a antihmota boli ihneď po Veľkom tresku vytvorené v približne rovnakom množstve,“ povedal Pichai. Ale dnes, z toho, čo vedia vedci povedať, vesmír pozostáva takmer výlučne z hmoty.

„Prečo sme skončili s vesmírom hmoty a nie s vesmírom antihmoty?“ dodala.

Lúč DUNE je navrhnutý tak, aby vytváral neutrína aj antineutrína, verziu antihmoty. Pohľad na oscilácie v každom type môže vedcom pomôcť zistiť, čo sa stalo so všetkou antihmotou.

Projekt je tiež nastavený na fyziku supernov, povedal Beshai.

V roku 1987 boli astronómovia svedkami jasnej explózie supernovy v menšej vzdialenosti ako ktorákoľvek iná explózia za približne 400 rokov. S vtedy dostupnými detektormi dokázali odhaliť len asi niekoľko desiatok neutrín.

Existuje 40-percentná šanca, že v nasledujúcom desaťročí vybuchne ďalšia blízka hviezda, povedal Pichai a Fermilab dúfa, že aspoň jeden z jeho detektorov v Južnej Dakote bude v prevádzke včas.

Takýto veľký detektor by mohol zachytiť tisíce neutrín a poskytnúť prehľad o tom, ako vznikajú čierne diery a neutrónové hviezdy.

Nakoniec vedci ešte nevideli rozpad protónov, ale teória predpovedá, že sa tak stane. Protóny sú malé, kladne nabité častice, ktoré sú súčasťou jadra atómu.

Pozorovanie rozpadu protónov by malo dôsledky pre vieru Alberta Einsteina, že jediná teória môže zjednotiť všetky sily v prírode.

Ak by sa protóny rozpadli, trvalo by to približne 10 miliárd biliónov biliónov rokov. Ale Pichai povedal, že detektory neutrín môžu hľadať rôzne známky rozpadu protónov. „Budeme mať možnosť ich vidieť, ak sú tieto veľké zjednotené teórie pravdivé.“

Ambiciózny projekt

V súčasnosti existuje na celom svete niekoľko neutrínových projektov vrátane Japonského protónového akceleračného výskumného komplexu (J-PARC) a Európskej organizácie pre jadrový výskum (CERN).

Čo robí DUNE jedinečnou, je použitie argónu a veľká vzdialenosť medzi detektormi na blízko a na diaľku.

Projekt čelil určitým neúspechom v rozpočte a harmonograme, American Scientific Hlásené na rok 2022. Má mať štyri argónové detektory, no začne sa dvoma.

Pichai povedal, že prvý detektor by mohol byť funkčný do konca roku 2028, druhý detektor bude nasledovať budúci rok. Tieto prvky budú pripravené v prípade výbuchu supernovy, ale časť lúča bude pripravená až v roku 2031.

Pichai však verí, že projekt už dosiahol jeden zo svojich najväčších úspechov, spoluprácu približne 1 400 ľudí z 36 krajín. „Je to veľká veda,“ povedala. „Je to tiež veľká medzinárodná vlajka.“