nøytrino

Eksistensen av nøytrinoer blei først foreslått av Wolfgang Pauli i 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 blei gjennomført av Frederick Reines og Clyde Cowan 1953. Seinere har en også påvist nøytrinoer, og en har vist at det finns minst tre ulike typer nøytrinoer.

I tillegg til de tre kjente nøytrinotypene finns også teorier der det opptrer såkalte sterile nøytrinoer, som ikke vekselvirker svakt med annen materie. Slike sterile nøytrinoer er ikke påvist i eksperimenter, og det er svært usikkert om de eksisterer.

Nøytrinoer dannes i kjernereaksjoner, for eksempel ved radioaktive prosesser på Jorda og i stjernenes indre. I tida rett etter big bang blei det danna store mengder nøytrinoer som fortsatt finns i universet. Nøytrinoer produseres også i kjernereaktorer og ved hjelp av store partikkelakseleratorer.

Nøytrinoene fyller hele universet vårt med stråling. Hvert sekund kommer det inn mot jordoverflata omkring hundre milliarder nøytrinoer per kvadratcentimeter med energi på over 1 MeV. Bare om lag ti 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 kubikkcentimeter av hvert slag fordelt over hele universet. Dette siste er rester fra big bang og kan ha en temperatur på omlag to kelvin. Dette er analogt til mikrobølge-bakgrunnstrålinga på 2,7 kelvin som blei oppdaga i 1965.

Se hovedartikkel: nøytrinoastronomi.

Nøytrinoer kan påvises ved en prosess kalt invers beta-henfall og ved måling av rekylenergi av atomkjerner eller elektroner etter utsending av nøytrinoer eller spredning av nøytrinoer.

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 djupt nede i gruver.

Det finns tre slags nøytrinoer: elektron-nøytrino, ν_e, myon-nøytrino, ν_μ, og tau-nøytrino, ν_τ, og tre tilsvarende antinøytrinoer. Forskjellen mellom de tre nøytrino-typene er av fundamental karakter i likhet med forskjellen mellom de tre elektrisk ladde leptonene (elektronet, myonet og tau-leptonet).

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). I astrofysikk og kosmologi er kjennskap til de samme egenskapene av betydning for spørsmåla om massefordeling i universet og forståelsen av mørk materie og mørk energi (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.

• elementærpartikkelfysikk
• lepton
• standardmodellen
• nøytrinoastronomi