Page 16

14 téma Forum 40

Geoneutrina poodhalí tajemství původu Země Neutrina byla poprvé zmíněna v roce 1930 a jejich existenci se podařilo prokázat až v padesátých letech minulého století. Částicová geofyzika, která se věnuje výzkumu takzvaných geoneutrin, je tedy poměrně mladý obor, poskytující vědcům velký prostor pro nové objevy. Svůj zájem na něj soustředil i Ondřej Šrámek. U geofyzika bychom čekali, že se bude zabývat něčím větším než elementárními částicemi. Částicová geofyzika zní jako protimluv, protože elementární částice jsou nejmenší kousky hmoty, kdežto geofyzika se zaměřuje na výzkum velkých planetárních těles. Tento jasně multidisciplinární obor je poměrně nový a souvisí především s měřením neutrin vznikajících uvnitř naší planety. Neutrina postuloval v roce 1930 Wolfgang Pauli, vysvětlil zdánlivý rozpor se zachováním energie u radioaktivních beta rozpadů. Zároveň tvrdil, že bude velmi náročné až nemožné neutrina detekovat. To se povedlo až o pětadvacet let později. Částicovým fyzikům bylo zřejmé, že také při každém radioaktivním beta rozpadu radionuklidů přirozeně se nacházejících uvnitř Země je současně produkováno neutrino, přesněji elektronové antineutrino. Takovým říkáme geoneutrina. V roce 2005 vyšla v časopise Nature studie o první detekci geoneutrin, která se podařila týmu detektoru KamLAND v Japonsku. Tento milník lze považovat za počátek experimentální neutrinové geofyziky. Od té doby se podařilo geoneutrina změřit i v experimentu Borexino v Itálii. Další detektor, SNO+ v Kanadě, začíná sbírat data a v Číně se budují další dva experimenty. Proč je tento objev zajímavý pro geofyziky? Změřením počtu geoneutrin vylétávajících ze Země se dozvíme, kolik je v nitru naší

planety beta radionuklidů. Jde zejména o radionuklidy s dlouhým poločasem rozpadu – uran-238, thorium-232 a draslík-40. Co vám toto zjištění přinese? Pomůže odhalit odpověď na otázku, z jakého materiálu Země před 4‚6 miliardy let vznikla, tedy jaké byly její stavební kameny, a jaká energie pohání zemskou dynamiku. Osvětlí energetiku úžasných procesů, které se dějí uvnitř planety na geologických časových škálách, řádu stovek milionů let a delších. Mám na mysli tečení (konvekci) ve vnějším jádru Země, jež generuje geomagnetické pole, konvekci v plášti Země, kterou pozorujeme na povrchu jako pohyb litosférických desek, vulkanismus, a s nimi související zemětřesnou aktivitu.

Například mým tělem prolétne za tuto časovou jednotku asi miliarda, možná několik miliard těchto neutrin. Ona nám ale nic neudělají, vůbec nás nevidí.

Tak jako hybridní automobil může být poháněn zčásti elektromotorem a zčásti spalovacím motorem, dnes víme, že za pohyby uvnitř Země stojí především dva zdroje energie. Jedním je původní, takzvané primordiální teplo z doby vzniku planety. Tím druhým jsou právě radioaktivní rozpady, neboť při každém z nich se uvolní jisté množství energie. V průměru asi jednu pětinu takto uvolněné energie si odnášejí geoneutrina jako pohybovou energii, ale větší část se uvnitř planety uvolňuje ve formě tepla, zahřívá ji a pohání dynamiku zemského nitra. Pokud umíme změřit, kolik geoneutrin ze Země vylétá, dozvíme se, kolik radiogenní energie se uvnitř uvolňuje. Jak probíhá proces měření? Slouží k němu velké částicové detektory, jež stavějí experimentální neutrinoví fyzici. Dva detektory už fungují v Japonsku a Itálii, třetí začíná sbírat data v Kanadě a další dva vznikají v Číně. Jsem členem mezinárodního vědeckého týmu, který bude získávat data právě z čínských detektorů, a samozřejmě používám i výsledky ze stávajících experimentů. Detektory jsou velké tisícitunové nádoby s tekutinou, které jsou umístěny pod zemí, aby se odstínilo kosmické záření. Zvenku jsou na detektor namířeny velmi citlivé „kamery“, fotonásobiče, které sledují, kdy dojde ke slabým zábleskům světla uvnitř detektoru, což může být projev interakce neutrina s detekční tekutinou. Po pečlivé analýze těchto dat dokážeme určit, kolik

Forum CZ 40 2017  
Forum CZ 40 2017  
Advertisement