symbol ν, elektrisk nøytral partikkel med meget liten hvilemasse og med spinn = ½ ℏ. Tilhører den gruppen av elementærpartikler som kalles leptoner og som kjennetegnes ved svak vekselvirkning med alle andre partikler.
Typer
Det regnes med tre slags nøytrinoer: elektron-nøytrino, νe, myon-nøytrino, νμ, og tau-nøytrino, ντ, og tre tilsvarende antinøytrinoer. Forskjellen mellom de tre typer nøytrinoer er i likhet med forskjellen mellom de tre ladede leptonene, elektronet, myonet og tauonet, av fundamental karakter. Elektronet, e–, og elektron-nøytrinoet, νe, er bærere av et ladningstall som kalles elektronisk leptontall, Le. e– og νe har verdien +1 for Le, mens de to antipartiklene har verdien –1. Alle andre partikler har verdien 0 for Le. Tilsvarende defineres ladningstallene Le, Lμ og Lτ.
Egenskaper
Så langt man har kunnet måle frem til midt i 1990-årene, er de tre leptontallene bevart i alle prosesser målt i ett og samme laboratorium. Dette ville være forenlig med at nøytrinomassene er null. Et typisk eksempel der leptontallene er bevart separat er desintegrasjon (henfall) av et myon til et elektron med tilhørende antinøytrino samt et myon-nøytrino: μ– → e–eνμ (der betegner et antinøytrino).
Nyere eksperimenter der nøytrinostråler med kjente egenskaper går over store avstander, f.eks fra ett laboratorium til et annet noen hundre kilometer unna eller fra Solen til Jorden, viser nøytrino-oscillasjoner, dvs. at en nøytrinotype kan gå over i en annen. De tre leptontallene Le Lμ og Lτ er altså ikke bevart. Dette betyr også at nøytrinomassene ikke er null. De er likevel svært små, f.eks. en milliontedel av elektronmassen eller mindre.
Dessverre kan man ikke estimere nøytrinomassene direkte ut fra disse eksperimentene. Man kan bare estimere differensene av kvadratene av massene. Med tre ulike nøytrinotyper er det to slike differanser som er målt til å ha størrelsesorden 10–4 til 10–2 (eV/c2)2.
Nøytrinoer og antinøytrinoer har motsatt helisitet, dvs. de roterer i motsatte retninger i forhold til bevegelsesretningen, nøytrinoet som en venstredreid og antinøytrinoet som en høyredreid skrue. (Dette gjelder i grensen når nøytrinomassen settes lik null, noe som ofte er en god tilnærming.)
Påvisning
Som direkte påvisning av nøytrinoer regnes påvisning av invers β-desintegrasjon (β-henfall) og måling av rekylenergi av atomkjerner eller elektroner etter nøytrinoutsendelse eller spredning av nøytrinoer. Ved invers β-desintegrasjon fanger et proton inn et antinøytrino og går over til et nøytron og et positron, eller et nøytron fanger inn et nøytrino og går over til et proton og et elektron. Prosessen kan foregå ved protoner og elektroner i atomkjerner og leder da til samme forandring av kjernene som vanlig β-omdanning.
For å påvise nøytrinoer har man studert reaksjoner i klor i store tanker fylt med en klorholdig væske. Klorisotopen 37Cl omdannes ved nøytrinoinnfangning til 37Ar som er radioaktiv med et halvliv på 34 døgn. Når det blåses heliumgass gjennom væsken, følger de dannede argonatomene med, og kan samles opp og identifiseres ved sin karakteristiske γ-stråling.
Nøytrino-elektron-spredning kan påvises i store tanker med rent vann. Hvis et nøytrino eller antinøytrino med tilstrekkelig energi støter mot et elektron, kan dette etter støtet få større hastighet enn lyshastigheten i vann. Det vil da sende ut tsjerenkovstråling som registreres med fotomultiplikatorer omkring vanntanken. Ved store akseleratorer påvises invers β-desintegrasjon og nøytrinospredning ved hjelp av gnistkamre eller boblekamre.
Dannelse
Nøytrinoer dannes ved radioaktive prosesser på Jorden og i stjernenes indre. De produseres i reaktorer og ved hjelp av store partikkelakseleratorer. For å registrere stråling fra Solen og verdensrommet er det bygd store nøytrinoteleskoper som er plassert i dype gruver, godt skjermet mot stråling av ladede partikler som kan trenge flere hundre meter ned i Jorden.
Forekomst
Nøytrinoene fyller hele vårt univers med stråling. Totalt regnes det med størrelsen 100 nøytrinoer per cm3 av hvert slag fordelt over hele universet. Hvert sekund kommer inn mot jordoverflaten omkring 1011 nøytrinoer per cm2 med energi på over 1 MeV. Bare 10 av disse vil stoppes i Jordens indre. I de største nøytrinoteleskopene registreres mindre enn ett nøytrino i døgnet.
Måleresultater
Målinger av nøytrinoer fra Solen og verdensrommet har foregått siden 1960-årene, og nøytrinostrålingen har vist seg å være tilnærmet konstant. Men den målte strålingen fra Solen er bare en tredjedel av hva man fra teoretiske beregninger forventer. Uoverensstemmelsen kan neppe skyldes feil ved eksperimentene, men må forklares enten ved at nøytrinoenes egenskaper eller reaksjonene i Solen er annerledes enn antatt.
I strålingen fra verdensrommet ble det februar 1987 ved de tre største teleskopene rapportert en plutselig økning av nøytrinoaktiviteten. I løpet av noen få sekunder ble det på hvert sted registrert 5–10 nøytrinoer, mens det var forventet mindre enn ett i døgnet. Begivenheten ble knyttet sammen med observasjoner av dannelsen av en supernova på samme tidspunkt. Det synes å være god overensstemmelse mellom det antall nøytrinoer som ble observert og den energimengden som man fra lysstyrken regnet var blitt frigjort i stjernen 52 000 pc (170 000 lysår) borte.
Forskning, betydning
Studier av nøytrinoer, både de som dannes i galaktiske prosesser og de som fremstilles ved store akseleratorer, står sentralt i den fundamentale forskning innen elementærpartikkel- og astrofysikk. I elementærpartikkelfysikken er spørsmålet om nøytrinoets masse og stabilitet knyttet sammen med leptonenes og kvarkenes egenskaper og den enhetlige beskrivelse av de fundamentale vekselvirkningene (se elementærpartikkel), og i astrofysikken er kjennskap til de samme egenskapene av betydning for spørsmålene om massefordeling i universet og om universet er lukket eller åpent (se nøytrinoastronomi).
Historie
Nøytrinoet ble først foreslått av W. Pauli 1930 for å forklare et tilsynelatende brudd på loven om energiens og spinnets bevarelse ved β-henfall (β-desintegrasjon). I 1933 viste E. Fermi at β-spekterets form (se beta-henfall) svarer til at det samtidig med elektronet sendes ut en partikkel med meget liten masse. Han foreslo betegnelsen nøytrino på den ukjente partikkelen. Etter teorien måtte den ha liten vekselvirkning med materien og derfor ville den være vanskelig å påvise direkte. Den første påvisning av antinøytrinoer fra en uranreaktor ble gjennomført av E. Reines og C. L. Cowan 1953. Senere har man også påvist nøytrinoer, og man har vist at det er forskjell mellom de tre typene av nøytrinoer.