nøytrinoastronomi

Det produserer nøytrinoer i enorme antall gjennom kjernereaksjoner i Solas indre som sendes ut i verdensrommet. Disse passerer nesten uhindret gjennom Jorden.

I følge teoretiske modeller vil supernovaeksplosjoner produsere utbrudd av store mengder nøytrinoer. Et slikt nøytrinoutbrudd ble observert i 1987 i forbindelse med supernovaen SN1987A.

Teorier forutsier at det var en enorm produksjon av nøytrinoer tidlig i universets historie like etter big bang, og at nøytrinoer har trolig spilt en viktig rolle i universets utvikling i denne perioden.

Gjennom ulike eksperimenter er det mulig å observere noen få nøytrinoer.

Det finnes flere eksempler på nøytrinodetektorer som ligger under bakken for å være skjermet mot kosmisk stråling og annen bakgrunnsstråling. Et eksempel er detektoren Super-Kamiokande i Japan, som består av en enorm vanntank med 50 000 tonn ultrarent vann som er plassert én kilometer under bakken. Når nøytrinoer treffer vannet i tanken, kan de i noen få tilfeller reagere med vannet. Denne reaksjonen kan resultere i lys som fanges opp av detektorene i tanken bestående av fotomultiplikatorer. Andre detektorer bruker klor eller gallium i stedet for vann. IceCube Neutrino Observatory i Antarktis bruker en kubikkilometer med is for å prøve å observere nøytrinoer.

Nøytrinoteleskoper kan observere eksistensen av nøytrinoet og retningen det kom fra ved å observere tsjerenkovstrålingen som blir produsert når et neutrino reagerer med en annen partikkel (i vannet, kloret, galliumet eller isen).

Frem til 1998 trodde fysikerne at nøytrinoene var masseløse, og at de beveget seg med lyshastigheten. På denne tiden eksisterte også et uløst problem som ble kalt det solare nøytrinoproblemet. Det var at man registrerte færre nøytrinoer fra Sola enn det godt etablert teori for solfysikk forutsa.

Det eksisterer tre typer nøytrinoer: elektro-nøytrinoer, myon-nøytrinoer og tau-nøytrinoer. I 1998 oppdaget Super-Kamiokande-detektoren i Japan, under ledelse av Takaaki Kajita, at nøytrinoer kunne endre seg fra en type til en annen, for eksempel fra å være elektron-nøytrinoer og til å bli myon-nøytrinoer og tilbake igjen. Dette ble kalt nøytrinooscillasjoner. I 2001 ble nøytrinooscillasjoner også observert av Sudbury nøytrino-observatorium i Canada, under ledelse av Arthur B. McDonald.

Oppdagelsen av nøytrinooscillasjoner løser det solare nøytrinoproblemet. Sola produserer bare elektron-nøytrinoer, og det ble derfor bare konstruert detektorer som kunne registrere elektron-nøytrinoer fra Sola. Men disse registrerte bare mellom halvparten og to tredjedeler at det forutsagte antallet. Basert på oppdagelsen av nøytrinooscillasjoner ble det gjort beregninger som viste at elektron-nøytrinoene som manglet, var blitt omdannet til myon- og tau-nøytrinoer før de nådde frem til detektorene på Jorda.

Resultatene oppnådd i Super-Kamiokande og Sudbury nøytrino-detektorene fortalte oss også noe viktig om nøytrinoene. På den tiden det solare nøytrinoproblemet oppsto trodde forskerne at nøytrinoene ikke hadde masse. Men nøytrino-oscillasjoner kan bare skje hvis nøytrinoene har masse. Så eksperimentene fortalte at nøytrinoene har masse og at de dermed kan skifte identitet.

Kajita og McDonald ble i 2015 tildelt Nobelprisen i fysikk for oppdagelsen av nøytrinooscillasjoner.

• kosmisk stråling
• elementærpartikkel
• tsjerenkovstråling
• mørk materie