Czy neutrina pędzą z prędkością światła? Skąd bierze się ich prędkość?
Czy neutrina pędzą z prędkością światła? Skąd bierze się ich prędkość?
Neutrina mogą powstawać w wyniku różnych reakcji jądrowych, np. we wnętrzach gwiazd, w reaktorach jądrowych, podczas wybuchów supernowych czy w wyniku oddziaływania promieniowania kosmicznego z atmosferą. Podczas tych reakcji uwalniana jest pewna ilość energii, której część przeznaczana jest na energię kinetyczną powstałych neutrin, czyli efektywnie ich prędkość.
Neutrina, chociaż poruszają się z ogromnymi prędkościami, tak naprawdę nigdy nie osiągają prędkości światła. Wynika to bezpośrednio z faktu, że neutrina posiadają niezerową masę, a zgodnie z teorią względności Einsteina tylko bezmasowe cząstki, takie jak fotony, mogą poruszać się z prędkością światła. Cząstki posiadające masę, nawet jeśli jest ona ekstremalnie mała, zawsze poruszają się z prędkością mniejszą od prędkości światła, ponieważ jej osiągnięcie wymagałoby dostarczenia cząstce nieskończonej energii.
Początkowo sądzono, że neutrina są cząstkami bezmasowymi, jednak odkrycia związane z oscylacjami neutrin – zjawiskiem, w którym różne typy neutrin zamieniają się między sobą – dowiodły, że posiadają one niezerową masę. Oscylacje te nie byłyby możliwe, gdyby neutrina nie miały masy. Choć ich masa jest niezwykle mała, wciąż pozostaje większa od zera.
W astrofizyce zdarzają się jednak sytuacje, w których neutrina docierają na Ziemię szybciej niż światło (fotony). Pierwszym przykładem są neutrina słoneczne – cząstki te powstają podczas reakcji termojądrowych w jądrze Słońca i niemal natychmiast wydostają się na zewnątrz. Dzieje się tak dlatego, że neutrina oddziałują z materią niezwykle słabo, co pozwala im swobodnie przenikać przez warstwy Słońca. W przeciwieństwie do nich, fotony potrzebują setek tysięcy lat, aby wydostać się na powierzchnię, gdyż wielokrotnie zderzają się z cząstkami we wnętrzu gwiazdy.
Drugim przykładem jest supernowa SN 1987A. Kiedy w 1987 roku doszło do wybuchu w Wielkim Obłoku Magellana (sąsiedniej galaktyce), neutrina dotarły na Ziemię kilka godzin przed światłem. Wynikało to z różnic w procesie emisji – neutrina powstały w początkowej fazie zapadania się jądra gwiazdy i natychmiast opuściły miejsce zdarzenia. Z kolei fotony musiały przedostać się przez gęstą otoczkę materii, co znacznie opóźniło ich dotarcie na Ziemię.
Te dwa przykłady pokazują, że choć neutrina zawsze poruszają się nieco wolniej od prędkości światła, ich unikalne właściwości mogą pozwalać im docierać do nas z odległych zakątków Wszechświata szybciej niż fotony powstające w ramach tego samego procesu lub zjawiska, dostarczając cennych informacji o różnych zjawiskach kosmicznych.