CENTRUM.CZ > Techzpravy.cz > dnes, 01:00

Tato částice porušuje zákony fyziky: Může se pohybovat rychleji než světlo

Sdílet

Vesmír, na který se díváme, se skládá z „hmoty“ různého druhu - hmoty, energie, prostoru a času - ale po tisíciletí jsme se neshodli na tom, jaká je konečná povaha této „hmoty“ a jak dalece ji lze rozložit.

Zdroj: NASA Hubble Space Telescope / Unsplash

Vesmír, na který se díváme, se skládá z „hmoty“ různého druhu – hmoty, energie, prostoru a času – ale po tisíciletí jsme se neshodli na tom, jaká je konečná povaha této „hmoty“ a jak dalece ji lze rozložit.

Vezmeme-li nůž a začneme ji dělit, kde najdeme nepřekročitelnou hranici dělení? Ti moudří muži starověku si kladli stejnou otázku: budeme-li pokračovat v řezání, dospějeme k fragmentu, který nelze rozdělit? Z této úvahy se zrodil termín atom (atomos, to, co nelze rozdělit), který vymyslel Leukippos a v 5. století př. n. l. jej zdokonalil Demokritos.

Když jsme však o několik století později s pomocí moderní fyziky a chemie zjistili, že atom je skutečně dělitelný a že má skutečně svou vnitřní architekturu: malé jádro z protonů a neutronů obklopené oblakem elektronů. A když jsme se pustili ještě hlouběji a zkoumali srážky vysokých energií a kosmické záření, objevili jsme subatomární částice, které ani netvoří každodenní hmotu kolem nás. Tak jsme se seznámili s jednou z nejznepokojivějších částic: neutrinem, subatomárním duchem.

Neutrina

Neutrina interagují s hmotou tak slabě, že mohou projít celou Zemí, aniž by byla zastavena. Mají hmotnost (i když tak nepatrnou, že jsme desítky let nevěděli, jak velkou), nemají elektrický náboj a elektromagnetickým polím se vyhýbají, jako by neexistovala.

Mohlo by vás zajímat: Vědci si hrají na Boha: V budoucnu si budete moci vybrat, jak bude vypadat vaše dítě

Plasma makes up 99.99% of the observable universe.

Neutrinos make up 99.99% of the invisible universe.

The reason we don’t understand our reality is because we ignore these two facts. pic.twitter.com/0Rtm38czD2

— Jordan Crowder (@digijordan) July 3, 2025

Díky těmto vlastnostem nám neutrina nabízejí fascinující plátno pro základní fyziku. Snadno prochází hvězdami, planetami i jadernými reaktory (jestliže olověný blok o tloušťce světelného roku zastaví jen polovinu neutrin, která na něj dopadnou, je jasné, že neexistuje prakticky nic, co by mohlo zastavit jeho hybnost). Navíc gravitace téměř nemění jeho trajektorii (díky jeho nepatrné hmotnosti si jeho svět téměř nevšímá zakřivení prostoročasu) a jeho interakce s hmotou je tak slabá, že k její detekci potřebujeme kolosální montáže.

100 metrů vody

Nyní se zmíníme o rychlosti, oné hranici, kterou relativita omezuje pro objekty s hmotností. Einstein tvrdil, že žádný objekt s hmotností nemůže ve vakuu zrychlit nad rychlost světla. Pomineme-li přídavná jména a nuance, často tento závěr zjednodušujeme a považujeme za samozřejmé, že „nic nemůže letět rychleji než světlo“. Částice se však ne vždy pohybují ve vakuu.

Když světlo prochází prostředím, jako je voda, jsou jeho fotony zpomaleny interakcí s molekulami kapaliny (z toho vyplývá jev refrakce, kdy se ponořená tužka na rozhraní vzduchu a vody zdánlivě ohýbá). Naproti tomu neutrina (protože téměř vůbec neinteragují) obíhají prakticky nezměněnou rychlostí. Pokud se světlo při průchodu vodou dostatečně zpomalí, mohou být neutrina v daném prostředí rychlejší než fotony. Vyjádřeno čísly, světlo se ve vakuu pohybuje rychlostí 300 000 km za sekundu a neutrina ho těsně následují.

Modré světlo

Z tohoto kontrastu vzniká jedna z nejúžasnějších podívaných v částicové fyzice: Čerenkovovo záření. Pro jeho pochopení si představte prásknutí bičem. Špička biče překračuje rychlost zvuku, ale zvukové vlny z definice nemohou doprovázet jeho špičku. Stlačují se a vytvářejí vlnoplochu, která generuje charakteristický praskavý zvuk. Podobně když nabitá částice překročí v prostředí lokální rychlost světla, elektromagnetické vlny, které produkuje, se před ní víří a vytvářejí světelnou vlnoplochu.

Video k článku ZDE

Zdroj: Youtube.com

Výsledkem je jasná modrá záře, ona azurová záře, která osvětluje vodu v jaderných reaktorech a umožňuje detektorům neutrin „vidět“ průlet těchto nepolapitelných částic. Obrovské vodní nádrže nebo obří antarktické ledové panely (jako v experimentu IceCube) a detektory pod jezerem Bajkal používají strategicky umístěné fotonásobiče k zachycení této záře. Každá modrá jiskra, kterou zaznamenají, je stopou neutrina, které na své tiché cestě dokázalo nepozorovaně narušit náš svět.

Nejnovější pokroky v detekci neutrin

Detekce neutrin v posledních desetiletích výrazně pokročila. Projekty jako Sudbury Neutrino Observatory v Kanadě a Super-Kamiokande v Japonsku poskytly zásadní údaje o oscilacích neutrin, což je jev, který dokazuje, že neutrina mají hmotnost. Tento objev byl tak významný, že za něj byla v roce 2015 udělena Nobelova cena za fyziku. Kromě toho detektory neutrin umožnily vědcům studovat extrémní kosmické události, jako jsou supernovy a srážky neutronových hvězd, a poskytly tak nové okno do vesmíru.

IceCube, umístěný v Antarktidě, je v současnosti jedním z nejpokročilejších detektorů neutrin na světě. K detekci vysokoenergetických neutrin z vesmíru využívá jeden kilometr krychlový ledu. Tyto detektory pomáhají nejen studovat astrofyzikální jevy, ale mohly by také vrhnout světlo na temnou hmotu, jednu z velkých neznámých moderní kosmologie.