nötrino

Nötrinolar , çok düşük kütleli elektriksel olarak nötr temel parçacıklardır . İçinde temel parçacık fiziğinin standart model, üç tip vardır ( kuşak elektron müon ve tau Nötrinolar: Nötrinoların). Her nötrino nesli, nötrinonun kendisinden ve anti-nötrinodan oluşur . Nötrino adı , Wolfgang Pauli tarafından öne sürülen parçacık için Enrico Fermi tarafından önerildi ve (İtalyan küçültme maddesine göre ) küçük, nötr parçacık anlamına gelir .

Nötrinolar madde ile etkileşime girdiğinde, bilinen diğer birçok temel parçacığın aksine, yalnızca zayıf etkileşim süreçleri gerçekleşir. Elektromanyetik ve güçlü etkileşime kıyasla , reaksiyonlar çok nadiren gerçekleşir. Bu nedenle, bir nötrino demeti aynı zamanda büyük kalınlıktaki maddeden de geçer - ör. B. tüm dünya boyunca - belirli bir zayıflama olsa bile. Deneylerde nötrinoların tespiti buna bağlı olarak karmaşıktır.

Standart Modelin tüm temel parçacıkları: yeşil leptonlardır, alt sıraları nötrinolardır.

Nötrino dedektörlerinde gözlemlenen nötrinoların menşe yerine göre, aralarında bir ayrım yapılabilir.

• kozmik nötrinolar (uzay)
• güneş nötrinoları (güneş)
• atmosferik nötrinolar (dünya atmosferi)
• Geoneutrinos (Dünya'nın içi)
• Reaktör nötrinoları (nükleer reaktörler)
• Hızlandırıcı deneylerinden nötrinolar

Araştırma geçmişi

1970'den Argonne Ulusal Laboratuvarı'nda sıvı hidrojenle dolu bir kabarcık odasında bir nötrinonun ilk görüntüsü. Bir nötrino, bir protonla çarpışır . Tepki, üç parçanın birleştiği resimde sağda gerçekleşti. Nötrino ışını, bir berilyum hedefinin proton ışınıyla bombardımana tutulmasıyla oluşturulan pozitif yüklü piyonların çürümesinden elde edildi.

Çizilmiş izlerle üst resim (aynalı ve farklı kontrast): Tepkiyi görebilirsiniz . Sol alttan (görünmez) gelen bir müon nötrinosu ( ) , sıvı hidrojenin bir protonu (p) ile çarpışır . Reaksiyonun son ürünü, pozitif yüklü bir pion ( ) ve negatif yüklü bir müondur ( ). Nötrinonun, bir W bozonunun aracılık ettiği proton kuarkları ile ayrıntılı reaksiyonu ( zayıf etkileşim ), izlerin sağında şematik olarak gösterilmiştir.${\ displaystyle \ nu _ {\ mu} + p \ rightarrow \ pi ^ {+} + \ mu ^ {-} + p}$${\ displaystyle \ nu _ {\ mu}}$${\ displaystyle \ pi ^ {+}}$${\ displaystyle \ mu ^ {-}}$

Radyoaktif beta-eksi bozunma sırasında , başlangıçta sadece bir yayılan elektron gözlendi. Kalan çekirdekle birlikte, iki cisimli bir problem gibi görünüyordu (ayrıca bkz. Kinematik (parçacık süreçleri) ). Bu, yalnızca enerjinin korunumu yasasının ihlal edildiği varsayıldığında , beta elektronların sürekli enerji spektrumunu açıklayabilir . Bu, Wolfgang Pauli'nin - detektörler tarafından gözlenmeyen - elektronla aynı zamanda çekirdekten yayılan yeni bir temel parçacığı benimsemesine yol açtı . Bu parçacık, bozunma sırasında açığa çıkan enerjinin bir kısmını taşır. Bu şekilde, beta radyasyonunun elektronları, enerji korunumu ihlal edilmeden farklı miktarlarda kinetik enerji alabilir.

Pauli, 4 Aralık 1930 tarihli bir mektupta, başlangıçta nötron adını verdiği bu varsayımsal parçacığı önerdi. Bu parçacığın temel özellikleri ve etkileşimleri hakkında bir teori geliştiren Enrico Fermi , bugün bilinen nötronla bir isim çatışmasını önlemek için onu nötrino (İtalyanca "küçük nötron", "küçük nötron") olarak yeniden adlandırdı . Pauli, 1933 yılına kadar hipotezini daha geniş bir kitleye sundu ve olası deneysel kanıtları sordu. Nötrino, olağan parçacık detektörlerinde bir sinyal üretmediğinden, tespit edilmesinin son derece zor olacağı açıktı.

Aslında, ilk gözlem sadece ilk büyük birinde, 1956 yılında, 23 yıl sonra yapılan nükleer reaktörler ile Cowan saf nötrino deneyinin . 14 Haziran 1956'da araştırmacılar Wolfgang Pauli'ye başarı mesajıyla birlikte Zürih'e bir telgraf gönderdiler. Bağlı beta bozunması fizyon ürünleri, bir nükleer reaktör radyasyonu Nötrinolar (daha kesin olarak, elektron antineutrinos) bir radyoaktif hazırlanması ile elde edilebilir çok daha yüksek bir akım yoğunluğuna sahip. Reines ve Cowan, antinötrinoları tespit etmek için aşağıdaki parçacık reaksiyonunu (ters beta bozunması olarak adlandırılır) kullandı:

${\ displaystyle {\ bar {\ nu}} _ {e} + p \ rightarrow e ^ {+} + n}$

Bir antinötrino, bir protonla karşılaşır ve bir pozitron ve bir nötron yaratır. Bu reaksiyon ürünlerinin her ikisinin de gözlemlenmesi nispeten kolaydır. Bu keşif için Reines , 1995'te Nobel Fizik Ödülü'nü aldı .

Müon nötrinosu 1962'de Jack Steinberger , Melvin Schwartz ve Leon Max Lederman tarafından bir hızlandırıcıda üretilen ilk nötrino ışınıyla keşfedildi . Nötrino ışınını şu ana kadar yüksek enerjili bir pion ışını çalıştırarak ürettiler, piyonlardan bazıları (yaklaşık% 10) müonlara ve nötrinolara bozunmuştu. Piyonlar, müonlar ve nötrinoların karışık parçacık demetinden gelen nötrinolar dışındaki tüm parçacıkları durduran yaklaşık 12 m kalınlığındaki büyük bir çelik kalkanın yardımıyla saf bir nötrino ışını elde etmeyi başardılar. Bunun için 1988'de Nobel Fizik Ödülü'nü aldılar. Müon nötrinosu ile, müonlar için elektron nötrinosunun analogu olan ikinci nesil nötrinolar tanındı . Kısa bir süre için vadeli neutretto müon nötrino için kullanılmıştır ( -etto da bir İtalyan minik ), ancak yaygın olarak kullanılan değildi. Tauon 1975'te keşfedildiğinde, fizikçiler aynı zamanda buna karşılık gelen bir nötrino nesli, tauon nötrinosu da bekliyorlardı. Varlığının ilk işaretleri, beta bozunumundakine benzer şekilde Tauon bozunmasındaki sürekli spektrum tarafından verildi. 2000 yılında , tau nötrino ilk kez DONUT deneyinde doğrudan tespit edildi.

Los Alamos'ta 1993'ten 1998'e kadar süren LSND deneyi, steril nötrinoların varlığının bir göstergesi olarak yorumlandı, ancak tartışmalıydı. Sonra KA rlsruhe- R utherford- M ittel- E nergie- N eutrino- ( KARMEN İngiliz Rutherford Laboratuvarı'nda Araştırma Merkezi Karlsruhe öncülüğünde) deney sonuçları yeniden olamazdı bu yorumlama ilk aracılığıyla 2007 yılından bu yana geçerli olmuştur sonuçları MiniBooNE ( minyatür güçlendirici nötrino deneyinin de Fermi Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı açık olarak).

21. yüzyılın nötrino araştırmasında, dört bilim insanına Nobel Fizik Ödülü (2002 ve 2015) ve beş bilim insanı ekibi 2016 Temel Fizikte Atılım Ödülü'nü aldı .

özellikleri

Üç nesil nötrinolar ve antinötrinolar

Üç kuşak arasında leptonların edilir da bilinir. Bunların her biri elektrik yüklü bir parçacık -  elektron , müon veya tauon  - ve elektriksel olarak nötr bir nötrino, elektron nötrino ( ), müon nötrino ( ) veya tau veya tauon nötrino ( ) içerir. Sonra karşılık gelen altı antiparçacık vardır . Tüm leptonların bir dönüşü vardır  ½. ${\ displaystyle \ nu _ {e}}$${\ displaystyle \ nu _ {\ mu}}$${\ displaystyle \ nu _ {\ tau}}$

Daha yeni bulgulara göre nötrinolar birbirine dönüşebilir. Üç farklı durum olarak nötrinonun türünün bir açıklaması Bu yol açar , ve farklı ve kesin tanımlanmış bir (fakat hala bilinmemektedir) kütle, her biri. Adlarını birlikte meydana geldikleri yüklü leptondan alan gözlemlenebilir elektron, müon ve tau nötrinoları , kendilerine ait bu üç kütlenin kuantum mekaniksel süperpozisyonlarıdır . Lezzet özdurumları (ilişkisi , , ) ve kütle özdurumları ( , , ) bir karışımı matrisi ile temsil edilir PMNS matris . ${\ displaystyle \ nu _ {1}}$${\ displaystyle \ nu _ {2}}$${\ displaystyle \ nu _ {3}}$ ${\ displaystyle \ nu _ {e}}$${\ displaystyle \ nu _ {\ mu}}$${\ displaystyle \ nu _ {\ tau}}$${\ displaystyle \ nu _ {1}}$${\ displaystyle \ nu _ {2}}$${\ displaystyle \ nu _ {3}}$

Z bozonunun kütlesinin yarısından daha az kütleye sahip nötrino türlerinin sayısı , diğerlerinin yanı sıra hassas deneylerde belirlendi. Tam olarak üç olduğu tespit de L3 detektörü de CERN .

Şu anda nötrino içermeyen çift beta bozunumuna dair bir kanıt yoktur . Bunu öneren daha önceki çalışmalar, daha doğru ölçümlerle çürütüldü. Bir nötrino içermeyen çift beta bozunumu ya anlamına geleceğini korunumu lepton sayısı edilir ihlal veya nötrino kendi olduğunu antiparçacık . Gelen kuantum alan teorik açıklaması bu (mevcut aykırı anlamına geleceğini standart modelin nötrino alan bir olmaz) o Dirac spinör ama Majorana spinor .

Fizikçiler Lee ve Yang , nötrinoların ve antinötrinoların dönüşlerini incelemek için bir deney başlattılar. Bu, 1956'da Chien-Shiung Wu tarafından gerçekleştirildi ve parite bakımının istisnasız geçerli olmadığı sonucunu getirdi :

Nötrino'nun "solak" olduğu ortaya çıktı, dönüşü, hareket yönünün tersidir (antiparalel; bkz. El tercihi ). Bu, soldan ve sağdan nesnel bir açıklama sağlar . Zayıf etkileşim alanında, bir parçacığın karşıt parçacığına geçerken yalnızca elektrik yükü değil aynı zamanda parite, yani spin de değiştirilmelidir. Zayıf etkileşim , zayıf izospinin bir parçacığın sağ veya sol elini kullanması ile bağlantılı olması nedeniyle elektromanyetik etkileşimden farklıdır :

• leptonlar ve kuarklar söz konusu olduğunda , sadece sol-elli parçacıklar ve onların sağ-elli karşıt parçacıklarında sıfırdan farklı bir zayıf izospin vardır.
• Buna karşılık, sağ-elli parçacıklar ve onların sol-elli antiparçacıkları , W bozonları ile zayıf etkileşimlere karşı etkisizdir; bu fenomene maksimum eşlik ihlali denir .

Nötrinolar ve antinötrinolar deneyde farklı davransa da, bu aynı zamanda nötrinoların kendi antiparçacıkları olabileceğini de anlaşılır kılıyor: Deneyde antinötrino olarak bilinen parçacıklar, dönüşleri hareket yönüne paralel olan nötrinolar olacaktır. Nötrinoların hareket yönü deneysel olarak basitçe tersine çevrilemez; Ek olarak, bir nötrinonun daha hızlı bir parçacık tarafından ele geçirildiği ve onunla etkileşime geçtiği deneyler yapmak şu anda mümkün değildir, böylece etkileşim merkezinin referans sistemindeki hareket yönü, hareket yönünün tersidir. laboratuvarın referans sistemi.

Nötrino kütlesi

Nötrino kütlesini belirlemek için KATRIN deneyi için vakum tankının taşınması (Kasım 2006)

Nötrinoların kütlesi son derece küçüktür; şimdiye kadarki tüm deneyler yalnızca üst sınırlar veriyor. Ancak nötrino salınımlarının keşfinden bu yana, sıfır olmayan bir kütleye sahip olmaları gerektiği açıktı.

Nötrino kütlesini belirleme yöntemleri dört gruba ayrılır:

• Beta bozunması sırasında eksik enerjiden kütlenin doğrudan belirlenmesi
• nötrino salınımlarının gözlemlenmesi , yani bir nötrino türünün diğerine dönüştürülmesi
• nötrino içermeyen çift ​​beta bozunmaları arayışı
• diğer gözlemlerden, özellikle gözlemsel kozmolojiden dolaylı sonuçlar

Yayınlanan tüm sonuçlar Parçacık Veri Grubu tarafından değerlendirilir ve yıllık Parçacık Fiziği İncelemesine dahil edilir .

Son noktasının doğrudan ölçümleri beta spektrumu arasında trityum 2006 tarafından olabilir 2 elektron nötrinonun olası toplu  eV / c ² yukarı sınırlar. Karlsruhe Teknoloji Enstitüsü'ndeki KATRIN deneyinin 0.2 eV / c²'lik bir üst sınıra ulaşması gereken daha hassas ölçümlerle daha iyi bir üst sınıra ulaşılacağı umulmaktadır . Önceki ölçümler, en hafif nötrinonun kütlesiz olduğunu göz ardı edemezdi ve bu, ölçüm doğruluğunda birkaç büyüklük derecesinde bir iyileşme olmadan beklenemezdi. 2019'da üst sınır 1,1 eV'ye yükseltildi.

Nötrino salınımlarının gözlemlenmesi, farklı nötrinolar arasındaki kütle farklılıklarının dolaylı bir ölçümüdür. Nötrinoların aslında sıfırdan farklı çok küçük bir kütleye sahip olduklarını kanıtladılar (ilişkili yüklü leptonlara kıyasla). Bu şekilde elde edilen çok küçük kütle farklılıkları, elektron nötrinoları için yukarıdaki kütle sınırının aynı zamanda tüm nötrino türleri için de sınır olduğu anlamına gelir.

Varsayımsal nötrino içermeyen çift beta bozunması, ancak nötrinoların kendi antiparçacıkları ise mümkündür. Daha sonra, bir atom çekirdeğindeki 2 nötronun eşzamanlı beta bozunması ile, bazen 2 (gerçek) nötrino yayılması yerine 2 sanal nötrino yok edilir. Nötrinoların kendileri neredeyse ölçülebilir olmadıkları için, süreçte yaratılan 2 elektronun toplam enerjisi ölçülür: Eğer nötrinosuz bozunmalar meydana gelirse, toplam elektron enerji spektrumu bozunma enerjisine yakın yerel bir maksimuma sahiptir, çünkü bozunmanın neredeyse tamamı Enerji artık elektronlar tarafından dağıtılır (kalan küçük bir kısım atom çekirdeğinin kinetik enerjisine dönüştürülür).

Nötrino kütlelerini belirlemeye yönelik kozmolojik yaklaşım, kozmik arka plan radyasyonunun anizotropisinin WMAP tarafından gözlemlenmesine ve günümüzün standart kozmoloji modeli olan lambda CDM modelinin parametrelerini belirleyen diğer gözlemlere dayanmaktadır. Nötrinoların evrendeki yapı oluşumu ve ilk nükleosentez üzerindeki etkisinden dolayı , üç nötrino kütlesinin toplamı için üst sınırın 0.2 eV / c² olduğu varsayılabilir (2007 itibariyle) .

Nötrino salınımlarını keşfettikleri için Takaaki Kajita ve Arthur B. McDonald, 2015 Nobel Fizik Ödülü'nü aldı .

hız

Düşük kütleleri nedeniyle, parçacık-fiziksel süreçlerde üretilen nötrinoların bir vakumda neredeyse ışık hızında hareket etmesi beklenir . Nötrinoların hızı birkaç deneyde ölçüldü ve ölçüm doğruluğu içinde ışık hızıyla bir uyuşma gözlendi.

Nötrino kütlesinin, nötrino hızının ve nötrino salınımlarının ölçümü , özel görelilik teorisinin Lorentz değişmezliğinin geçerliliğini kontrol etme olasılıkları da temsil eder . Nötrinoların ışıktan daha hızlı hareket etmeleri gerektiğine göre 2011 yılında yapılan OPERA deneyinin ölçüm sonuçları, ölçüm hatalarına kadar geri izlenebiliyordu. ICARUS tarafından yapılan yeni bir ölçüm ve ayrıca OPERA verilerinin yeni bir analizi, ışık hızıyla uyumlu olduğunu göstermiştir.

Penetrasyon yeteneği

Nüfuz etme yeteneği nötrinoların enerjisine bağlıdır. Artan enerji ile nötrinoların kesiti artar ve ortalama serbest yol buna göre azalır.

Örnek:
10 enerji ile Nötrinoların ortalama serbest yolu ³  toprak ile etkileşim TeV dünya çapında aralığındadır. Bu, bu nötrinoların neredeyse üçte ikisinin dünya üzerinde uçarken etkileşime girdiği, ancak üçte birinin yeryüzünden uçtuğu anlamına gelir. 11 MeV'de, kurşundaki ortalama serbest yol halihazırda 350 milyar kilometredir ve ortalama olarak bir milyar nötrinodan yaklaşık üçü yeryüzünde etkileşime girerken, geri kalanı engellenmeden uçup gidecektir.

Karşılaştırma için:
Dünyanın en büyük parçacık hızlandırıcısı olan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı , nükleon başına 6,5 ​​TeV enerjiye sahip parçacıklar üretir, güneş esas olarak enerjileri 10 MeV'nin altında olan nötrinolar üretir.

Nötrinoların farklı reaksiyonlarda ve enerjilerde enine kesitine 2013 yılında yayınlanan bir genel bakış internette mevcuttur.

Bozulmalar ve reaksiyonlar

Bir nötron n'nin , bir W bozonu W ^- aracılığıyla  proton  p, elektron  e ^- ve elektron antinötrinoya  bozunması için  Feynman diyagramı . Bu reaksiyon, yüklü akımın bir örneğidir.${\ displaystyle {\ overline {\ nu}} _ {e}}$

Nötrinolarla işlemler, zayıf etkileşim yoluyla gerçekleşir . Nötrinolar da yerçekimine tabidir; ama bu o kadar zayıf ki pratikte hiçbir anlamı yok. Herhangi bir zayıf etkileşim gibi, nötrino süreçleri de iki kategoriye ayrılabilir:

Ücretli akış

Bir temel parçacık, elektrik yüklü bir W bozonu aracılığıyla bir nötrino ile eşleşir . Burada ilgili parçacıklar diğerlerine dönüşür. Değişim bozonu, reaksiyona bağlı olarak pozitif veya negatif olarak yüklenir, böylece yük korunur. Elastik saçılma da bu şekilde ilerleyebilir. Parçacıklar başlangıçta ve sonda aynı olduklarından, genellikle basitçe klasik bir saçılma olarak tanımlanabilirler.

Nötr elektrik

Bir temel parçacık, elektriksel olarak nötr bir Z bozonu aracılığıyla bir nötrino ile eşleşir . İlgili parçacık aromaları korunur ve reaksiyon, herhangi bir lepton veya kuarkla meydana gelebilecek elastik bir çarpışma gibidir. Enerji transferi yeterince büyükse, vurulan atom çekirdeklerinde parçacık dönüşümleri gerçekleşebilir.

Bozulmalar

Nötrinoların katıldığı bilinen ilk süreçler radyoaktif beta bozunmalarıydı . Β ^- - (beta-eksi) bozunmasında, bir nötron bir protona dönüşür ve bir elektron ve bir elektron antinötrinosu yayılır. Nötronun aşağı kuark iki biri yayan ara bozon W ^- ve bu nedenle yukarı kuark dönüşür. W ^- bozon daha sonra bir elektrona ve bir elektron antinötrinoya parçalanır. Yani "yüklü akım" dır. Bu bozulma, örneğin, serbest nötronlarla, fakat aynı zamanda çok fazla nötron içeren atom çekirdeklerinde de meydana gelir .

Güneşin içindeki proton / proton reaksiyonu sırasında elektron nötrinoları üretilir.

${\ displaystyle {} _ {Z} ^ {A} \ mathrm {X} \ - {} _ {Z + 1} ^ {A} \ mathrm {Y} ^ {+} + e ^ {-} + {\ üst çizgi {\ nu}} _ {e}}$

Bir
çekirdek, atom numarası 1'den büyük olan yavru çekirdeğe geçer ve bir elektron ve bir elektron antinötrinosu gönderir .

Tersine, β ⁺ - (beta-artı) bozunmasında, bir proton bir nötron'a dönüştürülür ve ortaya çıkan W ⁺ bozonun bozunmasında bir pozitron ve bir elektron nötrinosu yayılır. İşlem, çekirdekte fazla proton olduğunda gerçekleşir. Reaksiyon ürünleri orijinal protondan daha ağır olduğu için, kütle farkı çekirdeğin bağlanma enerjisinden uygulanmalıdır .

${\ displaystyle {} _ {Z} ^ {A} \ mathrm {X} \ - {} _ {Z-1} ^ {A} \ mathrm {Y} ^ {-} + e ^ {+} + {\ nu} _ {e}}$

Bir
çekirdek , bir pozitron ve bir elektron nötrinosu emisyonu ile atom numarası 1 daha düşük olan bir yavru çekirdeğe geçer .

Tepkiler

Nötrinoların önemli kaynakları da örneğin güneşte kozmik nükleer füzyon süreçleridir . Bir örnek, özellikle küçük yıldızlar için önemli olan proton-proton reaksiyonudur . Burada, iki hidrojen çekirdeği bir döteryum çekirdeği oluşturmak için son derece yüksek sıcaklıklarda birleşir; bir protonun bir nötron haline dönüşmesinin bir sonucu olarak, bir pozitron ve bir elektron nötrinosu açığa çıkar.

${\ displaystyle {} ^ {1} \ mathrm {H} ^ {+} + {} ^ {1} \ mathrm {H} ^ {+} \ - {} ^ {2} \ mathrm {H} ^ {+ } + e ^ {+} + {\ nu} _ {e}}$

Parçacık fiziği açısından , bu reaksiyon β ⁺ bozunmaya eşdeğerdir . Ancak nötrino araştırmaları için çok daha önemlidir çünkü güneşte çok sayıda nötrino üretilir. Elektron nötrinoları , güneşte ve daha ağır yıldızlarda başka bir füzyon sürecinde, Bethe-Weizsäcker döngüsünde oluşur . Güneş nötrinolarının gözlemi, özelliklerini, güneşteki süreçlerin ayrıntılarını ve fiziğin temel etkileşimlerini anlamak için önemlidir .

Tetikleyici çarpışma ortağı olarak bir nötrino ile reaksiyonlar, nötrinoların tespiti için "ters beta bozunumu" kadar önemlidir, örneğin tarihi Cowan-Reines nötrino deneyinde olduğu gibi :

${\ displaystyle \ mathrm {\ bar {\ nu}} _ {e} + \ mathrm {p} \ rightarrow \ mathrm {n} + \ mathrm {e} ^ {+}}$.

Nötrino araştırması

Nötrinoların düşük reaktivitesi tespitlerini zorlaştırsa da, nötrinoların penetrasyon yetenekleri araştırmada da kullanılabilir: kozmik olaylardan gelen nötrinolar dünyaya ulaşırken, yıldızlararası maddede elektromanyetik radyasyon veya diğer parçacıklar korunur.

astrofizik

İlk olarak, güneşin içini keşfetmek için nötrinolar kullanıldı . Çevreleyen plazma tabakalarında elektromanyetik radyasyon difüzyonu nedeniyle çekirdeğin doğrudan optik olarak gözlemlenmesi mümkün değildir. Bununla birlikte, güneşin içindeki füzyon reaksiyonları sırasında çok sayıda üretilen nötrinolar, yalnızca zayıf bir şekilde etkileşime girerler ve pratikte engellenmeden plazmaya nüfuz edebilirler. Bir fotonun güneş yüzeyine yayılması tipik olarak birkaç bin yıl alır; bir nötrinonun bunun için sadece birkaç saniyeye ihtiyacı vardır.

Daha sonra nötrinolar, güneş sistemimizin dışındaki kozmik nesneleri ve olayları gözlemlemek için de kullanıldı. Yıldızlararası maddeden önemli ölçüde etkilenmeyen bilinen tek parçacıklardır. Elektromanyetik sinyaller, toz ve gaz bulutlarından korunabilir veya yeryüzünde tespit edildiğinde kozmik radyasyonla kaplanabilir. Süper hızlı protonlar ve atom çekirdeği şeklindeki kozmik radyasyon, GZK kesintisi (arka plan radyasyonu ile etkileşim) nedeniyle 100 megaparsek'den fazla yayılamaz . Galaksimizin merkezi de yoğun gaz ve sayısız parlak yıldız nedeniyle doğrudan gözlem dışında bırakılmıştır. Bununla birlikte, galaktik merkezdeki nötrinoların yakın gelecekte Dünya'da ölçülecek olması muhtemeldir.

Nötrinolar ayrıca , enerjilerinin yaklaşık% 99'unu bir nötrino flaşında serbest bırakan süpernovaların gözlemlenmesinde önemli bir rol oynarlar . Ortaya çıkan nötrinolar yeryüzünde tespit edilebilir ve süpernova sırasındaki süreçler hakkında bilgi verebilir. 1987'de nötrinolar , Büyük Macellan Bulutu'ndan 1987A süpernova tarafından tespit edildi : Kamiokande'de on bir , Irvine Michigan Brookhaven Deneyinde sekiz , Mont Blanc Yeraltı Nötrino Gözlemevi'nde beş ve muhtemelen Baksan dedektöründe beş . Bunlar, birkaç saat sonra teleskoplarla gözlemlendiği için, kesinlikle bir süpernovadan gelen tespit edilen ilk nötrinolardı.

IceCube , Amanda , Antares ve Nestor gibi deneyler , kozmojenik nötrinoları tespit etmeyi amaçlıyor. IceCube şu anda (2018) en büyük nötrino gözlemevi .

Nötrino dedektörleri

Yukarıdaki astrofizik bölümünde bahsedilen IceCube deneyi , yaklaşık 260 çalışanı olan yüksek enerjili bir nötrino gözlemevidir. 2010 yılında Güney Kutbu buzunda tamamlandı ve 1 km³ hacme sahip. Bu dedektör ile yüksek enerjili nötrinoların buzun temel parçacıklarıyla reaksiyonu gözlemlenir ve değerlendirilir.

İyi bilinen nötrino dedektörleri hala veya bir yandan radyokimyasal dedektörlerdir (örneğin ABD'deki Homestake altın madenindeki klor deneyi veya İtalya'daki Gran Sasso tünelindeki GALLEX dedektörü), diğer yandan Cherenkov'a dayalı dedektörler etkisi , burada özellikle Sudbury Neutrino Gözlemevi (SNO) ve Super-Kamiokande . Güneş ve atmosferik nötrinoları algılarlar ve diğer şeylerin yanı sıra izin verirler. nötrino salınımlarının ölçümü ve dolayısıyla nötrino kütlelerinin farklılıkları hakkında çıkarımlar, çünkü güneşin içinde gerçekleşen reaksiyonlar ve dolayısıyla güneşin nötrino emisyonu iyi bilinmektedir. 2002'den beri Kamioka Neutrino Gözlemevinde çalışan Double Chooz deneyi veya KamLAND dedektörü gibi deneyler , jeonötrinoları ve reaktör nötrinolarını ters beta bozunması yoluyla tespit edebiliyor ve güneş nötrinosu tarafından kapsanmayan bir aralıktan tamamlayıcı bilgiler sağlayabiliyor. dedektörler .

MINOS adı verilen şu anda en büyük nötrino dedektörlerinden biri, Fermilab araştırma merkezine 750 kilometre uzaklıktaki ABD'deki bir demir madeninde yeraltında bulunuyor . Bu araştırma merkezinden dedektör yönünde bir nötrino ışını yayılır ve daha sonra yeraltı uçuşu sırasında nötrinoların kaçının dönüştüğü sayılır.

CNGS deneyi (hiç CERN Nötrinolar Gran Sasso ) olmuştur 2007 yılından bu yana nötrinoların fiziği araştıran. Bu amaçla, bir nötrino demeti gönderilir CERN'de yoluyla 732 km'lik bir mesafe boyunca yerkabuğu için Gran Sasso Laboratuvarı içinde İtalya'ya ve oradan algıladı. Bazı müon nötrinoları, OPERA detektörü (Emülsiyon-tRacking Aparatı ile Salınım Projesi) tarafından tespit edilen diğer nötrino türlerine (neredeyse yalnızca tau nötrinoları) dönüşür. İlgili hız ölçümleri için Hız bölümüne bakın .

uygulama

Araştırmacıları Sandia Ulusal Laboratuarları üretimini ölçmek için antineutrinos kanıt kullanmak istediğiniz plütonyum içinde nükleer reaktör böylece UAEK artık tahminlere güvenmek zorundadır ve kimse yapımı için bir şey aktarabilirim nükleer silahlar . Nükleer reaktörlerde antinötrinoların yüksek üretim oranı nedeniyle, nükleer santral önünde 1  m³ dedektör sıvısı olan bir dedektör yeterli olacaktır.

Rochester Üniversitesi ve North Carolina Eyalet Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, 2012'de ilk kez nötrinoları kullanarak katı madde yoluyla bir mesaj göndermeyi başardılar. Bir proton hızlandırıcısı , dünyanın 100 metre altındaki bir nötrino detektörü tarafından tespit edilen bir nötrino ışını üretti.

Edebiyat

• Kai Zuber: Nötrino Fiziği. Institute of Physics Publishing, Bristol / Philadelphia 2004, ISBN 0-7503-0750-1 .
• Konrad Kleinknecht : Parçacık Radyasyonu Dedektörleri. 4. baskı. Teubner Verlag, Wiesbaden 2005, ISBN 3-8351-0058-0 .
• Heinrich Päs: Mükemmel dalga. Nötrinolarla uzay ve zamanın sınırlarını veya parçacık fiziğinin neden sörf yapmaya benzediğini. Piper, Münih 2011, ISBN 978-3-492-05412-6 .
• Norbert Schmitz : Nötrino Fiziği. Teubner Verlag, Stuttgart 1997, ISBN 3-519-03236-8 , doi: 10.1007 / 978-3-322-80114-2 .
• Y. Suzuki, M. Nakahata, S. Moriyama (Eds.): The Fifth International Workshop on Neutrino Oscillations and Their Origin: Proceedings of the Fifth International Workshop. World Scientific Publishing, 2005, ISBN 978-981-256-362-0 .
• Jennifer A. Thomas: Nötrino salınımları - mevcut durum ve gelecek planları. World Scientific, Singapur 2008, ISBN 978-981-277-196-4 .
• Carlo Giunti ve diğerleri: Nötrino fiziğinin ve astrofiziğin temelleri. Oxford University Press, Oxford 2007, ISBN 978-0-19-850871-7 .
• Frank Close : Nötrino. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 2012, ISBN 3-8274-2940-4 .
• Pasquale Migliozzi: CNGS ışını içindeki OPERA detektörü ile nötrino hızının ölçülmesi. 2 Şubat 2012 (PDF; 5,2 MB).

İnternet linkleri

Vikisözlük: Neutrino  - anlamların açıklamaları, kelime kökenleri, eş anlamlılar, çeviriler

• Neutrino Unbound (en kapsamlı çevrimiçi arşiv, tüm önemli makaleler)
• Ultimate Neutrino Sayfası (kapsamlı çevrimiçi arşiv)
• Çeşitli nötrino deneyleri (bağlantılar, İngilizce)
• DESY - Güneş nötrino problemi (İngilizce)
• Nötrinolar: Üretim ve Algılama. Parçacık fiziğinin temelleri.

VİDEOLAR

• Nötrinolar - kozmosun gizli yazısı. Tarafından Ders Christian Spiering ( Alman Elektron Sinkrotron Nisan 2010'da, Zeuthen)
• Nötrino nedir? alfa-Centauri televizyon dizisinden(yaklaşık 15 dakika). 13 Ekim 2002'de ilk yayın.
• Nötrinolar nerede? alfa-Centauri televizyon dizisinden(yaklaşık 15 dakika). İlk yayın 19 Ocak 2003.

Bireysel kanıt

1. ↑ ^{a b} KATRIN İşbirliği : KATRIN'in doğrudan kinematik yönteminden nötrino kütlesi üzerinde geliştirilmiş bir üst sınır . 13 Eylül 2019, arxiv : 1909.06048 . 
2. ↑ Dünya absorpsiyonu kullanılarak IceCube ile çoklu-TeV nötrino etkileşim kesitinin ölçülmesi . İçinde: Doğa . bant 551 , hayır. 7682 , 2017, s. 596–600 , doi : 10.1038 / nature24459 . 
3. ↑ Yüksek enerji fiziğinde son olaylar . In: New Scientist . Reed Business Information, 21 Ocak 1971, s. 106 (İngilizce, books.google.com ). 
4. ↑ Pauli'nin mektupları. (PDF; 104 kB), akşam ders nötrino fizik tarihi, verilen Prof. Dr. Mößbauer, Münih Teknik Üniversitesi'nde.
5. ↑ Claus Grupen, Boris Shwartz: Parçacık Detektörleri (Cambridge Monographs on Particle Physics, Nuclear Physics ve Cosmology). Cambridge University Press 2008, ISBN 978-0-521-84006-4 .
6. ↑ CL Cowan, Jr., F. Reines, FB Harrison, HW Kruse, AD McGuire: Serbest Nötrino'nun Tespiti: Bir Onay . İçinde: Bilim . 124, 1956, s. 103-104. doi : 10.1126 / science.124.3212.103 .
7. ↑ Frederick Reines, Clyde L. Cowan, Jr.: The Neutrino . İçinde: Doğa . 178, No. 4531, 1956, s. 446. bibcode : 1956Natur.178..446R . doi : 10.1038 / 178446a .
8. ↑ 1953-1956 The Reines-Cowan Experiments: Detecting the Poltergeist. (PDF; 664 kB), 21 Haziran 2011'de erişildi.
9. ↑ Leon Ledermann, Dick Teresi: Yaratıcı parçacık . 1. baskı. C. Bertelsmann Verlag GmbH, Münih 1993, ISBN 3-570-12037-6 , Die Mord-GmbH ve 2-Nötrino-Deneyi, s. 391–393 (İngilizce: The God Particle . New York 1993. Çeviren: Heinrich Peitz, ilk baskı: Houghton Mifflin Company). 
10. ↑ MiniBooNE İşbirliği: Elektron Nötrino Görünümü Arayışı . İçinde: Physical Review Letters , Cilt 98, 2007, 231801, (PDF; 194 kB).
11. ↑ Nötrino Fiziği: Hayalet parçacıklardan gelen haberler. ( Memento 23 Temmuz 2013 tarihinden itibaren de Internet Archive )
12. ↑ W.-M. Yao ve diğerleri: Particle Data Group. In: Journal of Physics. G 33, 1 (2006).
13. ↑ Davide Castelvecchi: Fizikçiler yakalanması zor nötrino kütlesine yaklaşıyor . İçinde: Doğa . 17 Eylül 2019, doi : 10.1038 / d41586-019-02786-z . 
14. ↑ U. Seljak, A. Slosar, P. McDonald: Lyman-alfa ormanını CMB, galaksi kümelemesi ve SN kısıtlamaları ile birleştirmekten elde edilen kozmolojik parametreler. İçinde: JCAP. 0610: 014 (2006), çevrimiçi.
15. ↑ M. Cirelli ve A. Strumia: WMAP3'ten sonra nötrinoların ve ekstra hafif parçacıkların kozmolojisi. İçinde: JCAP. 0612: 013 (2006), çevrimiçi.
16. ↑ Hirotaka Sugawara, Hiroyuki Hagura, Toshiya Sanami: Ultra Yüksek Enerjili Nötrino Işını Kullanarak Nükleer Bombaların İmhası. (PDF; 285 kB). İçinde: arxiv.org. Haziran 2003, erişim 15 Mart 2012.
17. ↑ eV'den EeV'ye: Enerji Ölçekleri Boyunca nötrino kesitleri. (PDF; 2,9 MB).
18. ↑ K. Hirata et al .: Supernova SN 1987a'dan Bir Nötrino Patlamasının Gözlemi. In: Physical Review Letters , Cilt 58, 1987, s. 1490-1493. doi: 10.1103 / PhysRevLett.58.1490 .
19. ↑ RM Bionta ve diğerleri: Büyük Macellan Bulutu'nda Süpernova SN 1987a ile Çakışan Nötrino Patlamasının Gözlemi. İçinde: Physical Review Letters , Cilt 58, 1987, s. 1494. doi: 10.1103 / PhysRevLett.58.1494 .
20. ↑ M. Aglietta ve diğerleri: 1987a Süpernova Oluşumu Sırasında Mont Blanc Yeraltı Nötrino Gözlemevinde Gözlemlenen Olay Üzerine. In: EPL - Fiziğin sınırlarını keşfeden bir mektup günlüğü. Les-Ulis, Cilt 3, 1987, sayfa 1315-1320. doi: 10.1209 / 0295-5075 / 3/12/011 .
21. ↑ EN Alexeyev ve diğerleri: Sovyet fiziği. (Bağımsız JETP Mektup.). New York, cilt 45, 1987, s. 461.
22. ↑ Kai Zuber: Nötrino Fiziği. Institute of Physics Publishing, Bristol / Philadelphia 2004, ISBN 0-7503-0750-1 .
23. ↑ Kamland dedektörünün ana sayfası.
24. ↑ Antinötrinolar plütonyum üretimini izler.
25. ↑ Araştırmacılar Zor Parçacıklar Kullanarak "Kablosuz" Mesajı Gönderirler. Şurada : rochester.edu. 14 Mart 2012.