Τι είναι η αστρονομία των νετρίνων;

Στην περίοδο της πολυμηνυματικής αστρονομίας ένας βασικός πρωταγωνιστής είναι η αστρονομία των νετρίνων. 

Τι είναι όμως τα νετρίνα; Είναι υποατομικά σωματίδια που παράγονται σε πυρηνικές αντιδράσεις και κατά τη διάρκεια ραδιενεργών διασπάσεων. Θεωρητικά είχαν αρχικά προταθεί από τον Pauli στις 4 Δεκεμβρίου το 1930 προκειμένου να εξηγήσει την αρχή διατήρησης της ενέργειας και της ορμής στη διάσπαση βήτα. Στη συνέχεια ο  Ιταλός Enrico Fermi διατύπωσε μία θεωρία στην οποία περιλαμβανόταν επίσης ένα ελαφρύ, ηλεκτρικά ουδέτερα φορτισμένο σωματίδιο, το οποίο πήρε το όνομα νετρίνο. Παρ’ όλα αυτά, ανιχνεύθηκαν για πρώτη φορά πάνω από 20 χρόνια αργότερα, τον Ιούνιο του 1956 από τους Frederick Reines – ενώ το Νομπελ για αυτήν την ανακάλυψη του απονεμήθηκε μόλις το 1995 – και Clyde Cowan. Τα νετρίνα είναι εξαιρετικά δύσκολο να ανιχνευθούν λόγω του ότι η μάζα τους είναι εξαιρετικά μικρή. Έως και σήμερα έχουμε μόνο άνω όρια γι’ αυτήν (δηλαδή ξέρουμε μόνο κάποιες μέγιστες τιμές της), ενώ η αλληλεπίδρασή τους με την ύλη είναι εξαιρετικά ασθενής. Ένα νετρίνο μπορεί να διαπεράσει ολόκληρη τη Γη και να μην αλληλεπιδράσει καν, ενώ κάθε δευτερόλεπτο “μόλις” 100 τρισεκατομμύρια νετρίνα περνάνε μέσα από το σώμα μας. 

Τα νετρίνα λοιπόν, ανήκουν στην κατηγορία των λεπτονίων και υπάρχουν τρεις τύποι νετρίνων: τα νετρίνα ηλεκτρονίων (ανίχνευση το 1956), τα νετρίνα μιονίων (ανίχνευση το 1962) και τα νετρίνα ταυ (ανίχνευση το 2000). Αυτοί οι τρεις τύποι, ή “γεύσεις” όπως τις αποκαλούν οι ερευνητές, μπορούν να αλλάξουν η μία στην άλλη καθώς ταξιδεύουν στο Διάστημα, μια διαδικασία γνωστή ως ταλάντωση νετρίνων. Αν και τώρα ακούγεται απλό, αυτό ήταν από τα μεγαλύτερα ζητήματα στη φυσική των νετρίνων, γνωστό ως το πρόβλημα των “χαμένων ηλιακών νετρίνων”¹. 

Τα νετρίνα είναι σημαντικά σε πολλούς τομείς της φυσικής και της αστρονομίας. Παράγονται στους πυρήνες των άστρων και πιστεύεται ότι παίζουν ρόλο στη διαδικασία των αστεριών που εκρήγνυνται (υπερκαινοφανείς/supernova). Θεωρείται επίσης ότι αποτελούν βασικό συστατικό της μυστηριώδους σκοτεινής ύλης που θεωρείται ότι αποτελεί ένα μεγάλο μέρος του Σύμπαντος. Επίσης, υπάρχουν νετρίνα τα οποία έχουν πολύ υψηλές ενέργειες και θεωρείται ότι παράγονται στους κοσμικούς επιταχυντές του Σύμπαντος με την ενδεχόμενη ανίχνευσή τους να αποτελεί μία καλή ένδειξη για τις φυσικούς μηχανισμούς στις πηγές αυτές.

Για να ανιχνεύσουν τα νετρίνα οι επιστήμονες χρησιμοποιούν εξειδικευμένους ανιχνευτές που έχουν σχεδιαστεί για να συλλαμβάνουν τα αμυδρά σήματα που παράγονται καθώς αυτά  αλληλεπιδρούν με την ύλη. Ένας από τους πιο διάσημους ανιχνευτές νετρίνων είναι ο Super-Kamiokande, μια τεράστια υπόγεια δεξαμενή γεμάτη με 50.000 τόνους καθαρού νερού που βρίσκεται στην Ιαπωνία. Όταν ένα νετρίνο αλληλεπιδρά με ένα άτομο στο νερό, μπορεί να δημιουργήσει μια μικροσκοπική λάμψη φωτός που ανιχνεύεται από τους ευαίσθητους αισθητήρες του ανιχνευτή.

Άλλοι ανιχνευτές νετρίνων περιλαμβάνουν το παρατηρητήριο νετρίνων IceCube, το οποίο βρίσκεται στο Νότιο Πόλο και χρησιμοποιεί ένα κυβικό χιλιόμετρο πάγου ως ανιχνευτή, και το πείραμα νετρίνων Large Hadron Collider (LHCb), το οποίο βρίσκεται στον επιταχυντή σωματιδίων CERN στην Ελβετία. 

Οι επιστήμονες εργάζονται συνεχώς για να μάθουν περισσότερα για τα νετρίνα και τον ρόλο τους στο Σύμπαν. Είναι εκπληκτικά σωματίδια που εξακολουθούν να είναι γεμάτα μυστήρια και η καλύτερη κατανόηση τους θα μπορούσε να οδηγήσει σε συναρπαστικές νέες ανακαλύψεις στον τομέα της αστροφυσικής, αλλά και της φυσικής γενικότερα.

¹Αυτό είναι ένα μεγάλο ζήτημα που θα ξέφευγε από το παρόν άρθρο. Πάντως, και εδώ είχαμε απονομή Νομπελ, το 2015 αυτή τη φορά στους Takaaki Kajita και Arthur B. McDonald.