Teleskopy patrzą w dół

Te cząstki to neutrina. Najintensywniej powstają tam, gdzie coś się dzieje. W dużych ilościach produkowane są w reakcjach jądrowych, czyli na przykład we wnętrzach gwiazd. Są też świadkami wybuchów gwiazd, zderzeń galaktyk czy bardzo tajemniczych błysków gamma. Mogą pomóc w wyjaśnieniu zjawiska „kosmicznych akceleratorów”, ciemnej materii czy mechanizmu powstawania i funkcjonowania czarnych dziur. Jak żadne inne cząstki potrafią wyślizgnąć się nawet z największej opresji. Fotonowi – czyli cząstce światła widzialnego – wydostanie się z wnętrza naszego Słońca zajmuje kilkaset tysięcy lat.

Neutrino dokonuje tego w czasie krótszym niż mrugnięcie oka. Neutrina mogą bez przeszkód podróżować wzdłuż i wszerz kosmosu. Nic ich nie zatrzyma. Przez olbrzymie gwiazdy, ciężkie planety, a nawet całe galaktyki przechodzą tak, jak światło przechodzi przez szybę. Poza tym są cząstkami prawie bezmasowymi i nie mają ładunku elektrycznego. To wszystko powoduje, że mknące – z prędkościami tylko trochę mniejszymi niż światło – neutrina niosą niezaburzoną informację o procesach, w których powstały. Procesach, których często nie sposób badać inaczej niż właśnie za pomocą neutrin.

Jak złapać ducha?

Ale jak obserwować neutrina, skoro nawet największe gwiazdy i całe galaktyki są dla nich przezroczyste? Im wyższą energię ma neutrino, tym bardziej zależy astrofizykom, by je złapać i – niestety – tym trudniej tego dokonać. Sytuację ratuje fakt, że neutrin wokół nas jest dużo. Przez każdy centymetr kwadratowy naszego ciała w każdej sekundzie przelatuje około 100 mld neutrin. Wystarczy tylko zbudować jak największy wykrywacz neutrin, by jak najwięcej tych cząstek-duchów złapać.

W drugiej połowie lat 60. ubiegłego wieku postanowiono sprawdzić poprawność pewnych teorii, związanych z produkcją energii przez Słońce. Wtedy pomyślano o łapaniu neutrin – świadków procesów zachodzących na Słońcu. W połowie lat 70. XX w. narodziła się koncepcja zbudowania pierwszego detektora zdolnego do wyłapywania wysokoenergetycznych neutrin. DUMAND – bo tak go nazwano – miał zostać umieszczony prawie 5 km pod powierzchnią wody, niedaleko Hawajów. Dlaczego tak głęboko? Naukowcy chcieli mieć pewność, że do sieci polującej na neutrina nie dostanie się przypadkowo jakaś inna cząstka, na przykład wchodząca w skład promieniowania kosmicznego, cały czas spadającego nam na głowy. Od niego można się uchronić, schodząc tylko głęboko pod wodę albo głęboko pod ziemię. DUMAND, jak wszystkie teleskopy neutrinowe, spoglądać miał nie ku niebu, ale w kierunku wnętrza Ziemi. Rejestrowane przez niego cząstki najpierw miały przelecieć przez całą planetę. To potrafią tylko neutrina.