Masa neutrinului, radioactivitate și datarea vinului

Acum câteva săptămâni, pe când ascultam radioul, am auzit un jurnalist care intervieva un fizician în legătură cu acum foarte cunoscuta particulă fundamentală numită neutrin (eng. – “neutrino”) (diferită de neutron). După explicaţiile obişnuite despre originea particulei, proprietăţile sale (sarcina, masa, etc...) şi rolul său în natură, sau mai precis rolul său în Univers, jurnalistul a făcut o ultimă observaţie. “Studiul proprietăţilor neutrinilor pare foarte captivant, dar se pare că nu are absolut nici o utilizare (aplicabilitate) în viaţa noastră reală, practică”. “Acest lucru este cât se poate de fals”, a răspuns fizicianul, “să nu credeţi lucrul acesta. Ca un exemplu, pot să vă spun că unele dintre tehnicile dezvoltate în aceste studii (cercetari) sunt acum folosite pentru a data (stabili vârsta) vinul!”

Deoarece neutrinii sunt particule fără sarcină şi sensibile doar la interacţiunea slabă, acestea sunt foarte dificil de detectat, şi prin urmare studiul neutrinilor în domeniul fizicii implică de obicei experimente la scară mare şi dificile. Unele dintre acestea studiază sursele naturale de apariţie (producere) a neutrinilor, precum neutrinii solari sau cei cosmici, în timp ce altele utilizează neutrinii din surse artificiale precum reactoarele nucleare sau acceleratoarele de particule. Una din principalele provocări/ probleme ale acestui domeniu al fizicii se referă la masa neutrinilor. În prezent, din rezultatele recent publicate ale câtorva experimente legate de oscilaţia neutrinilor, se pare că masa acestor particule nu ar fi zero, ci foarte mică. Altă metodă, de data asta indirectă, de a studia masa neutrinilor este de a identifica un proces denumit “dezintegrare beta dublă” (eng. – “double-beta decay”). (În procesele denumite “dezintegrare beta” obişnuite un nucleu emite un electron, mereu însoţit de către un anti-neutrin). Daca un nucleu poate emite simultan doi electroni (fără anti-neutrini), acest lucru presupune în mod necesar că masa neutrinului este diferită de zero, şi că frecvenţa (sau perioada) “dezintegrării” va da scara absolută. Până acum procese de tipul “dezintegrare beta dublă” fără neutrini nu au fost observate. Limitele perioadelor conduc la o masă mai mică de 0,5 eV, de un milion de ori mai puţin decât masa electronului, următoarea grea particulă. Un experiment de tipul “dezintegrare beta dublă” denumit NEMO (Experiment asupra Neutrinilor cu MOlibden), în cadrul căruia este implicat şi grupul nostru, se desfăşoară în acest moment (obs. – mai precis în momentul apariţiei articolului, în 2005) în laboratorul subteran Modane, în Franţa. Un al doilea, denumt CUORE, în care se utilizează o tehnică total diferită, are loc în laboratorul Gran Sasso din Italia şi alte câteva sunt dezvoltate în diferite puncte din lume.

Toate aceste experimente au ca şi trăsătură comună faptul că încearcă să identifice un semnal foarte slab printre un număr mare de semnale parazite. Fizicienii implicaţi devin rapid “obsedaţi” de zgomotul de fundal (eng. – “background noise”). Înainte de toate, pentru a suprima (eng. – “suppress”) orice efect al razelor cosmice (şi neutronii induşi) aproape toate experimentele trebuie realizate (instalate) în laboratoare aflate adânc sub pământ. Apoi detectoarele trebuie să fie protejate de radiaţiile (razele gama şi neutronii rămaşi) provenite de la materialele înconjurătoare, lucru ce este realizat prin înconjurarea lor cu blindaje/ paravane făcute de obicei din plumb pur sau oţel, ori câteodată cu rezervoare cu apă sau “materiale cu Z redusă” (eng. – “light Z materials”). O a treia componentă “din fundal”, ce trebuie luată în calcul, se referă la gazul radioactiv radon care este conţinut în mod natural în aer la un nivel de câţiva Bq/m3. În general, nivelul radonului trebuie să fie scăzut cu 3 sau 4 ordine de mărime (eng. – “orders of magnitude”), folosind dispozitive cu cărbune răcit. În cele din urmă, detectorul însuşi ar trebui construit din materiale ce nu conţin/ conţin doar cantităţi infinitezimale de elemente radioactive apărute în mod natural, precum U (Uraniu), Th (Toriu), Ra (Radiu) şi descendenţii lor (eng. – “their daughters”).