W Lądku Zdroju trwa 45. Zimowa Szkoła Fizyki Teoretycznej. W otoczeniu zaśnieżonych gór fizycy z całego świata dyskutują o oddziaływaniach neutrin.

Neutrina to cząstki elementarne, których istnienie zapostulował w 1930 roku niemiecki fizyk Wolfgang Pauli, by wyjaśnić brak zachowania energii, pędu i spinu w reakcji promieniotwórczego rozpadu beta. Pierwotne obawy Pauliego, że wprowadził do teorii cząstkę, której wykrycie jest niemożliwe, zostały rozwiane w 1956 roku. Zespół naukowców pod kierunkiem Clyde Cowana i Fredericka Reinesa zrealizował reakcję odwrotnego rozpadu beta, za co otrzymali w 1995 nagrodę Nobla z fizyki. (Pauli został noblistą już w 1945 roku, ale bez bezpośredniego związku z neutrinami.)

Ponieważ neutrina bardzo słabo oddziałują z “typową” materią, to mimo że przez Ziemię przechodzą w ciągu sekundy miliardy takich cząstek, to ich zaobserwowanie jest wyjątkowo trudne. Dlatego detektory neutrin budowane są np. w postaci gigantycznych podziemnych zbiorników wody, w których wykrywane jest tzw. promieniowanie Czerenkowa powstałe w wyniku oddziaływań neutrin z cząsteczkami wody. Skalę zjawiska oddaje fakt, że detektor Super-Kamiokande o wymiarach rzędu 40 m odnotowuje raptem kilka odczytów dziennie.

Zgodnie z podstawową wersją Modelu Standardowego – obowiązującej obecnie teorii cząstek elementarnych – neutrina występują w trzech wariantach (tzw. smakach) i nie mają masy. Obserwuje się jednak zjawisko, w którym neutrina samorzutnie zmieniają smak, co oznacza, że muszą jednak być cząstkami masywnymi. To zjawisko nosi nazwę oscylacji neutrin.

45 Zimowa Szkoła odbywa się w dniach 2-7 lutego 2009, a jej tematem są “Neutrino interactions: from theory to Monte Carlo simulations” (“Oddziaływania neutrin: od teorii do symulacji Monte Carlo”). Prowadzący oraz uczestnicy Szkoły to fizycy cząstkowi z Europy, Stanów Zjednoczonych (Fermilab, University of Pittsburgh), oraz Obserwatorium Kamioka w Japonii, gdzie znajduje się Super-Kamiokande. Dopełnieniem Szkoły będą prowadzone w kolejnych dniach warsztaty, podczas których naukowcy będą pracować nad wspólnym projektem.

45th Winter School of Theoretical Physics

45 Zimowa Szkoła Fizyki Teoretycznej pt. “Neutrino interactions: from theory to Monte Carlo simulations”. Wykłada dr Morgan Wascko z Imperial College (Londyn). Fot. Paweł Laskoś-Grabowski

Metody komputerowe (w tym opierająca się na losowaniu parametrów metody Monte Carlo) są wyjątkowo pomocne w fizyce cząstek. W detektorach doświadczalnie rejestruje się efekty wydarzeń, w których biorą udział dziesiątki cząstek o niemal losowych położeniach i prędkościach. Teoretycy zaś za pomocą tzw. generatorów zdarzeń mogą przygotować wiele zestawów “zmyślonych” danych początkowych, na których zostaje przeprowadzona symulacja zdarzenia. Porównanie wyników symulacji z danymi doświadczalnymi pozwala na odtworzenie przebiegu rzeczywistego procesu.

Fizyka neutrin jest mocno związana z astronomią – to tzw. problem neutrin słonecznych był dowodem na istnienie oscylacji. Najefektywniejsze pozaziemskie źródła neutrin to supernowe – w 1987 roku po wybuchu supernowej w Wielkim Obłoku Magellana detektor Kamiokande przez kilka dni rejestrował wielokrotnie więcej zdarzeń niż normalnie. Wreszcie neutrina, które są jednymi z najliczniejszych cząstek występujących we wszechświecie, są interesujące z kosmologicznego punktu widzenia. Z odkryciem masy neutrin wiązano nadzieje na rozwiązanie problemu ciemnej materii – nieobserwowalnej masy wszechświata; niestety wkład neutrin okazał się zbyt mały, by w pełni odpowiedzieć na to pytanie.

44th Winter School of Theoretical Physics

Zdjęcie grupowe uczestników 44 Zimowej Szkoły Fizyki Teoretycznej pt. “The Complex Physics of Compact Stars”. Fot. Paweł Laskoś-Grabowski

Zimowe Szkoły Fizyki Teoretycznej są organizowane corocznie w Karpaczu, Polanicy lub Lądku Zdroju przez Instytut Fizyki Teoretycznej Uniwersytetu Wrocławskiego. Ich gośćmi bywają naukowcy z najwyższej półki, jak np. uhonorowany w 1957 nagrodą Nobla Chen Ning Yang. Nie pierwszy raz tematyka Szkoły jest głęboko osadzona w astrofizyce – na przykład edycja zeszłoroczna odbyła się przy współpracy z ESF CompStar i dotyczyła fizyki gwiazd neutronowych, czarnych dziur oraz innych zwartych ciał niebieskich.

Autor

Paweł Laskoś-Grabowski