Agnieszka Zalewska (Instytut Fizyki Jądrowej im. H. Niewodniczańskiego PAN, Kraków)
Neutrina to elementarne cząstki materii, które zaraz po fotonach najczęściej występują we Wszechświecie. Mają tak małą masę, że na razie nie udało się jej bezpośrednio zmierzyć, są neutralne elektrycznie i oddziałują z innymi cząstkami wyłącznie poprzez oddziaływania słabe. Prawdopodobieństwo tego oddziaływania jest tak małe, że neutrino o typowej dla rozpadów jądrowych energii 2.5 MeV przed oddziaływaniem przeleciałoby w wodzie odległość porównywalną z grubością dysku Galaktyki. Wobec tego eksperymentalne badania neutrin wymagają ogromnych detektorów i intensywnych źródeł. Pomimo tego te fascynujące cząstki dostarczyły wielu fundamentalnych odkryć i w obecnym stuleciu Nagroda Nobla z fizyki już dwukrotnie została przyznana za badania neutrin.
Fizycy dość wcześnie nauczyli się budować wiązki tzw. neutrin akceleratorowych. Pierwsze takie wiązki zbudowane zostały na początku lat sześćdziesiątych ubiegłego wieku w Brookhaven National Laboratory w USA i w CERN-ie. Tym samym fizyka neutrin przez długie lata była jednym z sztandarowych kierunków badań CERN-u. Na trwałe do historii fizyki cząstek wpisało się odkrycie w 1973 roku prądów neutralnych w komorze pęcherzykowej Gargamelle naświetlanej wiązką neutrin. To był pierwszy fakt doświadczalny rozstrzygający na korzyść Modelu Standardowego, który wcześniej był traktowany jako piękna, ale hipotetyczna konstrukcja matematyczna.
W drugiej połowie lat siedemdziesiątych akcelerator SPS otworzył drogę do wytwarzania intensywnych wiązek neutrin o znacznie wyższych energiach. Z tego okresu pochodzą pierwsze eksperymenty z udziałem Polaków. Z inicjatywy T. Coghena fizycy krakowscy uczestniczyli w naświetlaniach neutrinami największej w historii CERN-u komory pęcherzykowej BEBC (skrót od nazwy Big European Bubble Chamber). Z kolei od wizyty w CERN-ie A. Pary rozpoczął się udział grupy warszawskiej w badaniach oddziaływań neutrin w eksperymencie CDHS, który po oficjalnym dołączeniu Warszawy zaczął się nazywać CDHSW. W Polsce udało się zbudować część liczników scyntylacyjnych, a huta ZAMECH odlała wielkie żelazne płyty służące jako osłony przed promieniowaniem. Eksperyment CDHSW prowadził pomiary struktury nukleonu i parametrów słabych oddziaływań.
Lata dziewięćdziesiąte stały pod znakiem poszukiwań oscylacji neutrin. Po ogłoszeniu ich odkrycia dla neutrin atmosferycznych w eksperymencie SuperKamiokande, w CERN-ie podjęta została decyzja o programie CNGS (CERN Neutrinos to Gran Sasso), w ramach którego wiązka neutrin z CERN-u wysyłana była na odległość 730 km do detektorów eksperymentów OPERA i ICARUS w podziemnym laboratorium Gran Sasso we Włoszech. Celem było zaobserwowanie oddziaływań neutrin taonowych powstałych w wyniku oscylacji neutrin mionowych z wiązki, co byłoby bezpośrednim dowodem na taką przemianę. Po długich debatach i kontaktach z obydwoma eksperymentami polska grupa, licząca około 20 fizyków z Katowic, Krakowa, Warszawy i Wrocławia dołączyła w 2001 roku do eksperymentu ICARUS (Imaging Cosmic Rays And Rare Underground Signals) ze względu na ciekawy program badawczy oraz wykorzystanie do badań wielkich komór projekcji czasowej wypełnionych ciekłym argonem, czyli detektora o parametrach przypominających komory pęcherzykowe, ale w pełni elektronicznego. W ramach udziału w tym eksperymencie polscy inżynierowie przeprowadzili mechaniczne obliczenia dla kriostatów, oszacowana została zawartość izotopów radioaktywnych w materiale konstrukcyjnym detektora oraz uczestniczyliśmy w zbieraniu i analizie danych. Z eksperymentu ICARUS pochodziły dwie prace przeczące doniesieniom o tzw. nadświetlnych neutrinach.
W latach 2006-2010 polska grupa wzięła udział w europejskim projekcie LAGUNA, którego celem było znalezienie lokalizacji dla wielkiego pan-europejskiego podziemnego laboratorium do badań neutrin z wykorzystaniem intensywnej wiązki neutrin akceleratorowych z CERN-u. Jedną z rozpatrywanych lokalizacji były Zakłady Górnicze Polkowice-Sieroszowice należące do KGHM. Studium dla tej lokalizacji przeprowadzone przez CUPRUM łącznie z ekspertami z kopalni dało bardzo pozytywne wyniki. Ostatecznie w ramach europejskiej strategii fizyki cząstek zdecydowana, że priorytetem dla Europy są badania w oparciu o protony i jony ołowiu przyspieszane do jak najwyższej energii (LHC i jego kolejne modernizacje) i upadła koncepcja zbudowania w CERN-ie nowego akceleratora potrzebnego do wytwarzania bardzo intensywnej wiązki neutrin. Tym samym fizyka neutrin przestała być bezpośrednią częścią programu badawczego CERN-u.
W ramach europejskiej strategii postanowiono jednak, że w CERN-ie powstanie tzw. Platforma Neutrinowa, czyli infrastruktura badawcza mająca na celu wspieranie europejskich fizyków cząstek uczestniczących w badaniach neutrin w ramach programów badawczych realizowanych w USA i w Japonii. Ponieważ polska grupa neutrinowa od 2006 roku uczestniczy w prowadzonym w Japonii eksperymencie T2K (Tokai to Kamioka), gdzie akceleratorowe neutrina wytwarzane w ośrodku JPARC wysyłane są na odległość 300 km do detektora SuperKamiokande i ponieważ aktualnie pracujemy w Europie nad modernizacją bliskiego detektora tego eksperymentu, to polskie kontakty z CERN-em w ramach badań nad neutrinami są wciąż żywe.