Τι είναι το νετρίνο; Γεγονότα Νετρίνων

Ένα νετρίνο είναι ένα υποατομικό σωματίδιο και επίσης ένα στοιχειώδες ή θεμελιώδες σωματίδιο. Με άλλα λόγια, είναι μικρότερο από ένα άτομο και δεν αποτελείται από μικρότερες υπομονάδες. Είναι ένα φερμιόνιο, το οποίο είναι ένα σωματίδιο με σπιν 1/2. Το σύμβολο για ένα νετρίνο είναι το ελληνικό γράμμα nu (ν).

Γιατί ονομάζεται νετρίνο

Η λέξη «νετρίνο» σημαίνει «μικρό ουδέτερο» και αντανακλά δύο ιδιότητες αυτού του σωματιδίου. Πρώτον, είναι ηλεκτρικά ουδέτερο (το «neutr-» μέρος του ονόματος). Δεύτερον, είναι εξαιρετικά μικροσκοπικό (“-ino”, με μάζα ηρεμίας σχεδόν μηδέν.

Στοιχεία Νετρίνου

• Ένα νετρίνο έχει ουδέτερο ηλεκτρικό φορτίο και πολύ μικρή μάζα. Η μάζα του υπολογίζεται ως τουλάχιστον έξι τάξεις μεγέθους μικρότερη από αυτή του ηλεκτρονίου, που έχει μάζα 9,1×10 κιλά. Η ακριβής μάζα ενός νετρίνου δεν έχει ακόμη μετρηθεί.
• Τα νετρίνα ταξιδεύουν με ταχύτητες που πλησιάζουν την ταχύτητα του φωτός.
• Ένα νετρίνο αντιδρά μόνο στη βαρύτητα και την ασθενή πυρηνική δύναμη (ασθενής αλληλεπίδραση). Εξαιτίας αυτού, πολύ σπάνια αλληλεπιδρά με την ύλη.
• Για παράδειγμα, δισεκατομμύρια νετρίνα περνούν από το σώμα σας κάθε μέρα. Παρόλα αυτά, οι επιστήμονες εκτιμούν ότι μόνο ένα ηλιακό νετρίνο (από τον Ήλιο μας) αλληλεπιδρά με ένα άτομο καθ' όλη τη διάρκεια της ζωής του.
• Προς το παρόν, υπάρχουν τρεις γνωστές «γεύσεις» των νετρίνων:ηλεκτρόνιο, μιόνιο και ταυ. Ένα νετρίνο ταλαντεύεται ανάμεσα σε αυτές τις τρεις γεύσεις. Υπάρχουν επίσης σωματίδια αντιύλης:αντι-ηλεκτρόνιο (αντινετρίνο), αντι-μιόνιο και αντι-ταυ.
• Μπορεί να υπάρχουν άλλες γεύσεις νετρίνων. Για παράδειγμα, οι επιστήμονες προβλέπουν την ύπαρξη του στείρου νετρίνου. Ένα στείρο νετρίνο αλληλεπιδρά μόνο με τη βαρύτητα, όχι με την ασθενή πυρηνική δύναμη.
• Τα νετρίνα είναι εξαιρετικά κοινά. Προέρχονται από πυρηνικές αντιδράσεις. Οι πηγές περιλαμβάνουν τον Ήλιο και άλλα αστέρια, τις σουπερνόβα, την πυρηνική αποσύνθεση, τη σχάση και τη σύντηξη.
• Όπως τα νετρόνια, τα νετρίνα προκαλούν πυρηνική σχάση βαρέων πυρήνων. Μόνο σχάση νετρίνου του δευτερίου έχει παρατηρηθεί σε εργαστήρια, αλλά η διαδικασία πιθανότατα συμβαίνει μέσα στα αστέρια και επηρεάζει την πληθώρα των ισοτόπων των στοιχείων.
• Οι επιστήμονες εκτιμούν ότι μεταξύ 2% και 3% της ακτινοβολίας του Ήλιου έχει τη μορφή νετρίνων. Περίπου το 99% της ενέργειας ενός σουπερνόβα απελευθερώνεται ως νετρίνα.
• Ο ερευνητής βλέπει τον Ήλιο, μέρα ή νύχτα, χρησιμοποιώντας νετρίνα. Περνούν από τη Γη όταν είναι νύχτα. Με βάση τις εικόνες νετρίνων, οι αστρονόμοι γνωρίζουν ότι η πυρηνική αντίδραση συμβαίνει μόνο στον πυρήνα του Ήλιου, που είναι το εσωτερικό του 20-25%.
• Τα νετρίνα μπορεί να είναι καυτή σκοτεινή ύλη. Δηλαδή ούτε εκπέμπουν ούτε απορροφούν φως, άρα φαίνονται σκοτεινά. Ωστόσο, έχουν ενέργεια, επομένως είναι ζεστά.

Ανακάλυψη και Ιστορία

Ο Wolfgang Pauli πρότεινε την ύπαρξη του νετρίνου το 1930 ως μέσο διατήρησης της ενέργειας στη διάσπαση βήτα. Τόσο ο Pauli όσο και ο Enrico Fermi αναφέρθηκαν στο υποθετικό σωματίδιο ως νετρίνο σε επιστημονικά συνέδρια το 1932 και το 1933.

Ανίχνευση Νετρίνων

Επειδή τα νετρίνα αλληλεπιδρούν τόσο σπάνια με την ύλη, η ανίχνευσή τους είναι δύσκολη υπόθεση. Βασικά, τα σωματίδια είναι πολύ μικρά και δεν αντιδρούν για άμεση ανίχνευση. Οι επιστήμονες αναζητούν σωματίδια ή ακτινοβολία που μπορούν να παρατηρηθεί και να μετρηθεί.

Ο Wang Ganchang πρότεινε τη χρήση δέσμευσης βήτα για πειραματική ανίχνευση νετρίνων το 1942. Όμως, μόλις τον Ιούλιο του 1956, οι Clyde Cowan, Frederick Reines, Francis B. "Kiko" Harrison, Austin McGuire και Herald Kruse ανακοίνωσαν την ανακάλυψη του σωματιδίου. Η ανακάλυψη του νετρίνου οδήγησε στο βραβείο Νόμπελ το 1995. Το πείραμα με νετρίνο Cowan-Reines περιλάμβανε την απελευθέρωση νετρίνων που παράγονται από τη διάσπαση βήτα σε έναν πυρηνικό αντιδραστήρα. Αυτά τα νετρίνα (στην πραγματικότητα τα αντινετρίνα) αντέδρασαν με πρωτόνια και σχημάτισαν νετρόνια και ποζιτρόνια. Τα εξαιρετικά αντιδραστικά ποζιτρόνια συνάντησαν γρήγορα ηλεκτρόνια. Η ακτινοβολία γάμμα που απελευθερώθηκε από την εκμηδένιση ποζιτρονίων-ηλεκτρονίου και ο σχηματισμός νετρονίων έδωσαν στοιχεία ύπαρξης νετρίνων.

Το πρώτο νετρίνο που βρέθηκε στη φύση ήταν το 1965 σε έναν θάλαμο στο χρυσωρυχείο East Rand στη Νότια Αφρική, 3 χιλιόμετρα κάτω από τη γη. Ο Takaaki Kajita και ο Arthur B. McDonald μοιράστηκαν το Νόμπελ Φυσικής 2015 για την ανακάλυψη ταλαντώσεων νετρίνων, αποδεικνύοντας ότι τα νετρίνα έχουν μάζα.

Επί του παρόντος, ο μεγαλύτερος ανιχνευτής νετρίνων είναι ο Super Kamiokande-III στην Ιαπωνία.

Πρακτικές εφαρμογές

Η χαμηλή μάζα και το ουδέτερο φορτίο ενός νετρίνου το καθιστούν τέλειο ως ανιχνευτή για την εξερεύνηση τόπων που δεν μπορούν να διεισδύσουν άλλες μορφές ακτινοβολίας. Για παράδειγμα, τα νετρίνα ανιχνεύουν συνθήκες μέσα στον πυρήνα του Ήλιου επειδή τα περισσότερα από αυτά περνούν μέσα από το έντονα πυκνό υλικό. Εν τω μεταξύ τα φωτόνια (φως) μπλοκάρονται. Άλλοι στόχοι για ανιχνευτές νετρίνων περιλαμβάνουν τον πυρήνα της Γης, τον γαλαξιακό πυρήνα του Γαλαξία μας και τους σουπερνόβα.

Το 2012, οι επιστήμονες έστειλαν το πρώτο μήνυμα χρησιμοποιώντας νετρίνα μέσα από βράχο 780 πόδια. Θεωρητικά, τα νετρίνα επιτρέπουν τη μετάδοση δυαδικών μηνυμάτων μέσω της πιο πυκνής ύλης με σχεδόν την ταχύτητα του φωτός.

Επειδή τα νετρίνα δεν διασπώνται, η ανίχνευση ενός και η παρακολούθηση της πορείας του επιτρέπει στους επιστήμονες να εντοπίσουν εξαιρετικά μακρινά αντικείμενα στο διάστημα. Διαφορετικά, η μελέτη των νετρίνων είναι ζωτικής σημασίας για την κατανόηση της σκοτεινής ύλης και την επέκταση του Καθιερωμένου Μοντέλου της σωματιδιακής φυσικής.

Αναφορές

• Alberico, Wanda Maria; Bilenky, Samoil M. (2004). «Ταλαντώσεις νετρίνων, μάζες και ανάμειξη». Φυσική Σωματιδίων και Πυρήνων . 35:297–323.
• Barinov, V.V.; et al. (2022). «Αποτελέσματα από το πείραμα Baksan για τις στείρες μεταβάσεις (BEST)». Phys. Αναθ. Lett. 128(23):232501. doi:10.1103/PhysRevLett.128.232501
• Κλείσιμο, Frank (2010). Νετρίνα (εκδ. με μαλακό εξώφυλλο). Oxford University Press. ISBN 978-0-199-69599-7.
• Mertens, Susanne (2016). «Άμεσα πειράματα μάζας νετρίνων». Journal of Physics:Conference Series . 718 (2):022013. doi:10.1088/1742-6596/718/2/022013
• Tipler, Paul Allen; Llewellyn, Ralph A. (2002). Σύγχρονη Φυσική (4η έκδ.). W. H. Freeman. ISBN 978-0-7167-4345-3.