Neutriinot

Miksi tutkia neutriinoita? Pyritään saamaan tietoa: Auringon sisäosista Supernovista Maailmankaikkeuden syntyhetkistä (Big Bang) Ilmakehästä Tulevaisuudessa ehkä pimeän aineen havaitseminen

Tietiino Alkeishiukkanen Kuuluu leptoneihin Spin ½ fermioni Kolmea tyyppiä (makua): elektronin, myonin ja taun neutriino Ei sähkövarausta  ei tunne sähkömagneettista vuorovaikutusta Vuorovaikuttaa heikon vuorovaikutuksen ja gravitaation välityksellä Lepomassa ~0,2-2 eV (arvio) , ei mitattu Vaikka massa on pieni, neutriinot muodostavat merkittävän osan maailmankaikkeuden massasta. Nopeus lähellä valonnopeutta!

Tietiino Neutriinot läpäisevät huoletta kaiken materian. Esimerkiksi Auringon läpi neutriinot sujahtavat, kuin kuuma veitsi voihin. Ihmisen läpi arvioidaan viuhuvan 1011 neutriinoa joka sekunti, mutta ainoastaan muutama neutriino pysähtyy ihmiseen kuukaudessa. Neutriinosäteily ei ole uhka elämälle Noin valovuoden paksuinen lyijyseinä kykenee pysäyttämään puolet sen läpi menevistä neutriinoista.

Syntyminen Tähdissä, ydinvoimaloissa ja jopa maaperässä radioaktiivisuudesta Neutriinoja syntyy beetahajoamisissa n  p + e- + anti-v (beeta -) p  n + e+ + v (beeta +)

Neutristoriikki Hiukkanen löydettiin energian säilymislain avulla vuonna 1956 Wolfgang Pauli (Nobel 1945) esitti neutriinoteorian (1932) Enrico Fermi esitti toimivan teorian neutriinojen vuorovaikutuksille

havaitseminen Neutriinoja voidaan havaita vain välillisesti (sähkövaraukseton) Ensimmäisen kerran havaittu 50-luvulla Reines ja Cowan laskivat neutroneita voitavan tuottaa niin paljon, että lopulta joku niistä antaa merkin olemassaolostaan Aluksi vaihtoehtona neutriinolähteeksi oli ydinpommi Lopulta laboratorio sijoitettiin ydinvoimalan läheisyyteen Saalis: elektronin antineutriino (β− -hajoaminen) 60-luvulle tultaessa oli löydetty myoni, jonka avulla neutriinoteoria sai lisätukea Myoni hajoaa elektroniksi ja kahdeksi ’näkymättömäksi hiukkaseksi’ Steinberger ja Schwartz, myonin neutriino 70-luvulla esitettiin teoria taun neutriinolle Taun huomattiin olevan ominaisuuksiltaan elektronin ja myonin kaltainen, joten sillä oletettin olevan neutriino; asia varmennettiin mittauksilla.

Havaitseminen Neutriinoja havaitaan monella eri tavalla Kloori-argon-koe Törmäys vesimolekyyliin  elektronin irtipotkaisu molekyylistä. Superkamiokande Tšerenkovin säteily Gallium-germanium-reaktio SNO Neutriino-oskillaation todistaminen

Kloori-argon-koe Ensimmäisen kerran 60-luvulla Etelä-Dakotassa Klooriatomi muuttuu argoniksi neutriinon vaikutuksesta n  p + e- + anti-v (β−) 400 000 litraa klooripitoista pesuainetta Seulotaan pari kertaa kuukaudessa Etsitään argonatomeita

Gallium-germanium-koe β− Etuna matala kynnysenergia Galliumatomi muuttuu germaniumatomiksi kloori- argon kokeen tavoin Ensimmäinen gallium-germanium-koe oli venäläis- amerikkalainen SAGE-koe Laboratorio sijaitsee Venäjällä Europpalainen Gallex-koe Italiassa Tulokset SAGE-kokeen kanssa yhtäpitäviä: Mitattu neutriinovuo vain ½ teorian ennusteesta

SNO Sudbury Neutrino Observatory 2km syvyydessä suojassa kosmiselta taustasäteilyltä Perustuu raskaaseen veteen (D20) 1 000 000 kg D20:ta Neutriino muuttaa deuteriumin neutronin protoniksi Neutriino absorboituu Syntyy elektroni Tšerenkovin säteily Havaitsee kaikki neutriinotyypit Neutriino-oskillaation todistaminen 9600 valomonistinputkea

Auringon neutriinot Hiukkasfysiikan standardimalli ennustaa neutriinojen pysyvän ikuisesti samanlaisina. Tämän oletuksen avulla pyritään saamaan suoraa tietoa Auringon sisäosien olosuhteista. 2000-luvun kynnyksellä havaittiin neutriino-oskillaatio SNO-koe osoitti että neutriinot muuttavat lajiaan matkustaessaan kohti Maata. Neutriino-oskillaatio = neutriinot muuttuvat toisikseen Auringosta havaittiin tulevan oletettua vähemmän neutriinoja -> energiat eivät täsmänneet Vuonna 2004 varmistui, että noin 2/3 Auringon elektronin neutriinoista muuttuu matkalla maahan myonin ja taun neutriinoiksi

Laguna-hanke Large Apparatus studying Grand Unification and Neutrino Astrophysics Sijoituspaikkavaihtoehtoja: Suomi (Pyhäjärvi), Espanja, Iso-Britannia, Italia, Puola, Ranska ja Romania 2014 vuoden loppuun mennessä sijoituspaikka tulisi olla selvillä Tarkoituksena ampua neutriinosuihku CERN:istä Pyhäjärvelle(?) Näin saadaan tietoa: Neutriino-oskillaatiosta Protonin hajoamisesta Leptonien CP-rikosta (charge-parity) ”Ministeriöt päättivät joulukuussa, ettei Suomi lähde tavoittelemaan isännyyttä hiukkasfysiikan suurhankkeessa.” –Kaleva 21.12.2012 Syynä rakentamiskustannukset, joista Suomi maksaisi suuren osan Käytännössä: Suuri säiliö, johon neutriinot törmäävät Tilavuus: ~1 000 000 m3 Sisältää argonia ja ns. tuikeöljyä

Lagunatötsä

Lähteet http://cupp.oulu.fi/johd/neutriinot.html http://fi.wikipedia.org/wiki/Neutriino Kaleva : Laguna pyydystää neutroneja http://theory.physics.helsinki.fi/~laudsem/2013kevat/Timo_Karkkainen_18_4_ 2013.pdf