Komentarz prof. dr. hab. inż. Mariusza Wójcika z Międzyresortowego Instytutu Techniki Radiacyjnej, Wydział Chemiczny, PŁ:
Neutrina to cząstki elementarne znane fizykom od połowy XX wieku. Mają one podstawowe znaczenie dla konstrukcji tzw. modelu standardowego, który w najlepszy i niezakwestionowany dotąd sposób tłumaczy budowę materii i naturę rządzących nią oddziaływań (z wyjątkiem grawitacji). Neutrina różnią się jednak mocno od znanych wszystkim cząstek elementarnych tworzących atomy. Mają bardzo niewielką masę, a ich możliwe oddziaływania z materią są niezwykle słabe. Dlatego detekcja tych cząstek jest wielkim wyzwaniem mimo, że w każdej chwili przenikają przez Ziemię w kosmicznych ilościach. Ponieważ prawdopodobieństwo zderzenia neutrina z atomem jest niezwykle niskie, obserwacja takich zderzeń wymaga detektorów o bardzo dużych rozmiarach, w dodatku zbudowanych z czystego materiału o dogodnych właściwościach i mało podatnego na zakłócenia pochodzące od innych cząstek promieniowania.
Pomysłem, który przyniósł prof. Halzenowi Nagrodę Nobla było wykorzystanie jako detektora neutrin ogromnych mas lodu pokrywających Antarktydę. Z jego inicjatywy zbudowano w latach 2005-2010 w stacji naukowej Amundsen-Scott na biegunie południowym detektor o nazwie IceCube. Na obszarze o rozmiarach kilometrów wytopiono w lodzie kilkadziesiąt „studni” o głębokości 1,5 – 2,5 km, do których opuszczono czułe przyrządy detekcyjne zbudowane na bazie tzw. fotopowielaczy. W spodziewanych zderzeniach neutrin z cząsteczkami wody może nastąpić m.in. emisja szybkich elektronów, które z kolei mogą generować sygnał na fotopowielaczach. Detektor IceCube spełnił pokładane w nim nadzieje i cały czas jest rozbudowywany. Przez lata pracy pozwolił m.in. na bezpośrednią detekcję neutrin o niezwykle wysokich energiach sięgających teraelektronowoltów. Wyniki te rewolucjonizują współczesną astrofizykę.
Będąc pod wrażeniem odkryć dotyczących neutrin, nie sposób nie wspomnieć o innym, zbliżonym problemie współczesnej fizyki, jakim jest wyjaśnienie natury tzw. ciemnej materii. Według dostępnych teorii opartych na obserwacjach astronomicznych, ciemnamateria stanowi większość Wszechświata. Za jedną z możliwych form ciemnej materii uważa się tzw. cząstki WIMP (Weakly-Interacting Massive Particles). Podobnie jak neutrina, mają one niezwykle małe prawdopodobieństwa zderzeń z atomami i przez to pozostają dotąd nieuchwytne. Do poszukiwań cząstek ciemnej materii stosuje się wielkoskalowe detektory zbudowane na bazie skroplonych gazów szlachetnych, które umieszcza się głęboko pod ziemią. We wrześniu 2026 r. świat naukowy obiegła informacja, że w detektorze LUX-ZEPLIN (USA) zbudowanym na bazie skroplonego ksenonu po wielu latach badań zaobserwowano jedno (!) zderzenie, które najprawdopodobniej należałoby przypisać cząstce WIMP. Odkrycie to wymaga wciąż potwierdzenia.
Warto dodać, że prace związane z detekcją cząstek WIMP prowadzone są również w Międzyresortowym Instytucie Techniki Radiacyjnej na Wydziale Chemicznym PŁ. Uczestniczymy w międzynarodowym projecie DarkSide, którego celem jest konstrukcja wielkoskalowego detektora cząstek elementarnych zbudowanego na bazie skroplonego argonu. Detektor ten zostanie umieszczony głęboko pod ziemią w Narodowym Laboratorium Gran Sasso (Włochy). Nasz wkład do projektu DarkSide dotyczy metod modelowania procesów fizykochemicznych związanych z transportem elektronów w skroplonym argonie. Jeśli uda się zaobserwować oddziaływania cząstek ciemnej materii w skroplonym argonie, będzie o tym głośno.