nøytrino

Nøytrino. Jo lenger nøytrinoene beveger seg, jo lengre tid har de til å oscillere. Ved å sammenligne forholdet mellom nøytrinotyper som kom «opp» gjennom jordkloden og «ned» fra atmosfæren over detektoren, observerte fysikerne at nøytrinoer oscillerer. Dette kan kun nøytrinoene gjøre.

Av /Store norske leksikon ※.
.
Lisens: Begrenset gjenbruk
.
Lisens: Begrenset gjenbruk

Et nøytrino er en elektrisk nøytral partikkel med med spinn = ½ ℏ og med svært liten hvilemasse, mindre enn 1 eV/c2. Det vil si at massen maksimalt kan være \(2 \cdot 10^{-6)} \) del av elektronmassen. For nøyrinoet brukes symbolet ν ( gresk «ny»). Vi veit nå at det finns tre typer nøytrinoer, og de tilhører gruppa av elementærpartikler som kalles leptoner. Nøytrinoer kjennetegnes ved at de bare har svak vekselvirkning med andre partikler.

Faktaboks

Uttale
nøytrˈino
Etymologi
av italiensk ‘meget liten nøytral’

Universet er fylt av nøytrinoer, og på Jorda treffes et areal på 1 cm2 hvert sekund av milliarder av nøytrinoer. På grunn av de svake vekselvirkningene passerer de aller fleste av disse nøytrinoene tvers gjennom Jorda.

Historie

Eksistensen av nøytrinoet ble først foreslått av Wolfgang Pauli 1930 for å forklare at energi og spinn kunne være bevart i beta-henfall (β-desintegrasjon). I 1933 viste Enrico Fermi at beta-spekterets form (se beta-henfall) svarer til at det samtidig med elektronet sendes ut en partikkel med meget liten masse. Han foreslo navnet 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 Frederick Reines og Clyde Cowan 1953. Seinere har en også påvist nøytrinoer, og en har vist at det finns tre ulike typer nøytrinoer.

Påvisning

Nøytrinoer kan påvises direkte ved en prosess kalt invers beta-henfall og måling av rekylenergi av atomkjerner eller elektroner etter utsending av nøytrinoer eller spredning av nøytrinoer. Ved invers beta-henfall 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 endring av kjernene som vanlig β-omdanning.

For å påvise nøytrinoer har man studert reaksjoner i klor i store tanker fylt med en klorholdig væske. Klor-isotopen 37Cl omdannes ved nøytrino-innfangning til 37Ar som er radioaktiv med et halvliv på 34 døgn. Når det blåses heliumgass gjennom væska, følger de argon-atoma som er danna med, og de kan samles opp og identifiseres ved sin karakteristiske gammastråling.

Nøytrino-elektron-spredning kan påvises i store tanker med reint vann. Hvis et nøytrino eller antinøytrino med tilstrekkelig energi støter mot et elektron, kan dette etter støtet få større fart enn lysfarten i vann. Det vil da sende ut tsjerenkovstråling som registreres med fotomultiplikatorer omkring vanntanken. Ved store akseleratorer påvises invers beta-henfall og nøytrinospredning ved hjelp av gnistkamre eller boblekamre.

Nøytrinoer dannes ved radioaktive prosesser på jorda og i stjernenes indre. De produseres i reaktorer og ved hjelp av store partikkelakseleratorer. For å registrere stråling fra sola og verdensrommet er det bygd store nøytrinoteleskoper som er plassert i djupe gruver, godt skjerma mot stråling av ladde partikler som kan trenge flere hundre meter ned i jorda.

Egenskaper

Det finns tre slags nøytrinoer: elektron-nøytrino, νe, myon-nøytrino, νμ, og tau-nøytrino, ντ, og tre tilsvarende antinøytrinoer. Forskjellen mellom de tre nøytrino-typene er av fundamental karakter i likhet med forskjellen mellom de tre ladde leptonene (elektronet, myonet og tau-leptonet). Elektronet e, og elektron-nøytrinoet νe, er bærere av et ladningstall som kalles elektronisk leptontall, Le. Leptonene 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 ladningstalla Le, Lμ og Lτ.

Nyere eksperimenter der nøytrinostråler med kjente egenskaper går over store avstander, for eksempel fra ett laboratorium til et annet noen hundre kilometer unna eller fra sola til jorda, viser nøytrino-oscillasjoner, det vil si at en nøytrinotype kan gå over i en annen. De tre leptontalla Le Lμ og Lτ er altså ikke bevart. Dette betyr også at nøytrinomassene ikke er null. De er likevel svært små, for eksempel en milliontedel av elektronmassen eller mindre.

Dessverre kan man ikke estimere nøytrinomassene direkte ut fra disse eksperimenta. Man kan bare estimere differensene av kvadrata 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, det vil si at de roterer i motsatte retninger i forhold til bevegelsesretninga, nøytrinoet som en venstredreid og antinøytrinoet som en høyredreid skrue. Dette gjelder i grensa når nøytrinomassen settes lik null, noe som ofte er ei god tilnærming. Generelt kan nøytrinofeltet deles opp i en høyre- og en venstredreid del. I standardmodellen for elemetærpartikkelfysikk er det bare det venstredreide nøytrinoet og høyredreide antinøytrinoet som deltar i svak vekselvirkning

Nøytrinoene fyller hele universet vårt med stråling. Hvert sekund kommer det inn mot jordoverflata omkring 1011 nøytrinoer per cm2 med energi på over 1 MeV. Bare 10 av disse vil stoppes i jordas indre. I de største nøytrinoteleskopa registreres mindre enn ett nøytrino i døgnet. Videre regnes det med størrelsorden 100 nøytrinoer per cm3 av hvert slag fordelt over hele universet. Dette siste er rester fra big bang og kan ha en temperatur på omlag 2 kelvin. Dette er analogt til mikrobølge-bakgrunnstrålinga på 2.7 kelvin som blei oppdaga i 1965.

Forskning og betydning

Studier av nøytrinoer, både de som dannes i galaktiske prosesser og de som framstilles ved store akseleratorer, står sentralt i den fundamentale forskninga innafor elementærpartikkel- og astrofysikk. Et moderne observatorium bygd for å observere nøytrinoer ligger nå ofte under jordoverflata. For eksempel finns det et under isen i Antarktis, ved Scott-Amundsen-basen, som kalles IceCube.

I elementærpartikkelfysikken er spørsmålet om nøytrinoets masse og stabilitet knytta sammen med leptonenes og kvarkenes egenskaper og den enhetlige beskrivelsen av de fundamentale vekselvirkningene (se elementærpartikkel), og i astrofysikk og kosmologi er kjennskap til de samme egenskapene av betydning for spørsmålene om massefordeling i universet og om universet er lukka eller åpent (se nøytrinoastronomi). Det at nøytrinomassene er svært små i forhold til de andre fermionene kan være et hint om at det finns ny fysikk utover standardmodellen for elementærpartikkelfysikk. Kan hende er hver av nøytrino-typene sin egen antipartikkel. I så fall er de majoranapartikler. Eller det kan også tenkes at nøytrinoene inneholder komponenter som er sin egen antipartikkel. Foreløpig er slike ideer ikke bekrefta av observasjoner.

Les mer i Store norske leksikon

Kommentarer

Kommentaren din publiseres her. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg