Kas yra greičiausias dalykas pasaulyje?

Akivaizdžiausias atsakymas yra šviesa. Vakuume šviesa sklinda maždaug 300 000 kilometrų per sekundę greičiu. Niekas mums žinomoje Visatoje negali viršyti šio greičio.

Tačiau ar šviesa yra „dalykas“? Fizikai dėl to ne visiškai sutaria. Vieni sako, kad ne – nes šviesa neturi masės. Kiti sako, kad taip – dėl kvantinės mechanikos keistenybių šviesa tuo pat metu yra ir banga, ir dalelė. Dauguma fizikų sutinka, kad dalelės yra dalykai arba daiktai.

Pasak Jutos universiteto fiziko Johno Matthewso, erdvės vakuume šios dalelės, vadinamos fotonais, yra greičiausi dalykai.

Tačiau žemiau – pas mus, Žemėje – viskas šiek tiek sudėtingiau (nebent esate vakuuminėje kameroje). Kai fotonas patenka į Žemės atmosferą, jis šiek tiek sulėtėja. Ir tada, susiklosčius tinkamoms aplinkybėms, jam gali atsirasti tam tikra konkurencija. Taip yra todėl, kad ne visas daleles atmosfera sulėtina taip, kaip fotonus, sako J. Matthewsas.

J. Matthewsas priklauso komandai, kuri aptiko keletą labai greitų dalelių, atsirandančių iš itin didelės energijos kosminių spindulių – subatominių dalelių lietaus, krintančio į Žemę iš kosmoso. Vieną iš šių dalelių, pavadintą dalele „O Dieve“ (angl. Oh-My-God), jo kolegos aptiko 1991 m., sklindančią iš didžiausios energijos kosminių spindulių.

Tokios dalelės vakuume pradeda skrieti greičiu, labai artimu šviesos greičiui. Tačiau kai jos patenka į Žemės atmosferą, „dėl savo prigimties jos tiesiog toliau lekia į priekį“, aiškina J. Matthewsas.

„Taigi, atmosferoje jos viršija šviesos greitį“, – sako mokslininkas.

Todėl dalelės „O Dieve“ yra vienos greičiausių Žemėje, turinčių masę – tačiau jos nėra pačioje greičio lyderių viršūnėje. Kaip nurodo Viskonsino-Medisono universiteto (JAV) dalelių fizikas Justinas Vandenbroucke'as, prizas atitinka neutrinams.

Dalelė „O Dieve“ tikriausiai yra protonas arba bent jau į jį panaši dalelė – gana masyvi, subatominių dalelių masteliu. Neutrino masė yra bent 10 mlrd. kartų mažesnė už protono masę, todėl, remiantis pagrindiniais fizikos dėsniais, neutrinas gali keliauti dar greičiau, jei jam suteikiamas toks pat energijos kiekis. Tačiau nors teoriškai neutrinai gali skrieti labai greitai, praktiškai juos nustatyti gana sunku.

„Neutrinai yra labai drovūs“, – sako J. Vandenbroucke'as.

Pietų ašigalio neutrinų observatorijoje „IceCube“ atlikinėdami ilgalaikį eksperimentą fizikai įrengė detektorius 1 kubinio kilometro ledo gabale – tikėdamiesi aptikti didelės energijos neutrinų. Ledo viduje pakankamai energijos turintis neutrinas gali skrieti greičiau nei šviesa. Kai didelės energijos neutrinas susiduria su ledo atomo branduoliu, gali susidaryti įkrautos subatominės dalelės, taip pat skriejančios greičiau už šviesą. Šios greitos dalelės išspinduliuoja šviesos blyksnį, vadinamą Čerenkovo spinduliavimu, todėl neutriną galima netiesiogiai aptikti.

Ir 2016 m. „IceCube“ mokslininkai aptiko didžiausios energijos neutriną, kuris iki šiol buvo kruopščiai išmatuotas.

„Kiek mums žinoma, tai yra greičiausios kada nors matytos dalelės, – sako JAV Nacionalinės Los Alamos nacionalinės laboratorijos fizikas Billas Louisas. Jokia masę turinti dalelė negali pasiekti šviesos greičio vakuume – tačiau jei ji yra labai lengva ir turi daug energijos, ji gali labai priartėti.

Kaip arti? J. Vandenbroucke'as mėgsta mąstyti devynetais, kad greičiai būtų aiškūs. Kažkas, kas juda 99,99 proc. šviesos greičio greičiu, turi keturis devynetus. 2016 m. aptiktas itin greitas neutrinas turėtų 33 devynetus (99,999999999[...]9 proc.), o „O Dieve“ dalelė, jo skaičiavimais, turėtų nuo 20 iki 24 devynetų. Ši dalelė turėjo daugiau energijos, tačiau ji taip pat buvo daug masyvesnė.

Palyginimui, didžiausius greičius pasiekiančios dalelės žmogaus sukurtuose dalelių greitintuvuose – pavyzdžiui, CERN Didžiajame hadronų priešpriešinių srautų greitintuve pasiekia tik septynių devynetų greitį.

Tuo tarpu šias rekordiškai greitas daleles „gamina natūraliai Visatoje esantys dalelių greitintuvai“, – sako J. Vandenbroucke'as.

„Mes nežinome, kaip jie veikia, bet tai iš tiesų parodo, kokia nuostabi yra gamta, palyginti su žmonėmis“, – sako jis.

Parengta pagal „Live Science“.