Browserudgave

Neutrino

En neutrino er en neutral partikel med en meget lille masse i forhold til alle andre elementarpartikler, bortset fra fotonen der er masseløs. Neutrinoer har et spin på en ½ og er derfor fermioner. De reagerer ikke på stærke kræfter eller elektromagnetisme, men med svage kræfter og formodenlig også på gravitation, selv om dette ikke er eksperimentelt påvist.

Eftersom neutrinoen kun vekselvirker med andre partikler via den svage kernekraft, er sandsynligheden for at den reagerer på sin passage gennem stof meget lille. Næsten alle neutrinoer passerer derfor gennem stof uden nogen effekt. Det ville tage et lysår (ca. 9 tusinde milliarder kilometer) af bly for blot at indfange halvdelen af de neutrinoer, der passerede gennem stoffet. Neutrinodetektorer består derfor oftest af mange hundrede tons stof, for blot at sikre, at nogle enkelte atomer vil vekselvirke med neutrinoer i løbet af en dag.

Neutrinoen findes i 3 varianter: elektron neutrinoen νe, myon neutrinoen νμ, og tau neutrinoen ντ. Disse varianter af neutrinoen tilhører hver sin «familie» af partikler i Standardmodellen. Man har længe haft mistanke om at neutrinoer fra de tre familier kan omdannes til hinanden, et fænomen der betegnes neutrino-oscillationer. Nylige eksperimenter har på en overbevisende måde bekræftet eksistensen af disse oscillationer. Fænomenet er kvantemekanisk og kan kun forekomme hvis mindst en af de tre neutrinoer har en hvilemasse. Eksperimentelt bestemmes forskellen på kvadratet på massen af to neutrinoer fra hver sin familie. Opdagelsen af neutrino-oscillationer adderer et element til partikelfysikken, der ikke er indeholdt i Standardmodellen, idet de «venstrehåndede» neutrinoer i denne model dermed kan omdannes til «højrehåndede». Ordet «venstrehåndet» beskriver her retningen af rotationen partiklerne har som følge af deres spin. Højrehåndede neutrinoer er ikke beskrevet ved Standardmodellen.

Spørgsmålet omkring neutrinoens masse har også en kosmologisk betydning. Hvis neutrinoen faktisk har en masse, kan denne masse udgøre en betydelig del af universets samlede masse og dermed bidrage til løsningen af mysteriet omkring universets sorte stof. Omvendt bidrager kosmologiske observationer også til at afgrænse neutrinoens egenskaber. Udfra Big Bang modellen for universets fødsel og udvikling kan man vurdere tætheden af tau neutrinoer i universet. Hvis tau neutrinoens masse overstiger ca. 100 MeV, så ville universet have tilstrækkelig masse til at blive trukket sammen indenfor en tidsramme, der er mindre end universets beregnede alder.

Neutrino detektorer

Der er udviklet flere forskellige neutrino detektorer, der alle består af store mængder stof samlet dybt under jorden, for at afskærme detektoren fra kosmisk stråling.

  1. De første detektorer var baseret på klor og bestod af en stor tank fyldt med klor bundet kemisk som tetraklorkulstof (rensevæske). I disse detektorer ville en neutrino omdanne et kloratom til et argonatom. Tanken blev periodisk «renset» med helium gas, for at trække de dannede argon atomer ud. Heliumet blev så kølet ned for at udskille argon. Det dannede argon er radioaktivt og mængden blev målt ved at at måle det radioaktive henfald af de ganske få atomer der blev dannet. Disse detektorer måler en ganske lille del af den store mængde neutrinoer der bliver dannet i solen og krydser gennem jorden, mestendels uden at efterlade sig noget spor. Detektorer af denne type har det problem, at de var ude af stand til at afsløre retningen af de indtrængende neutrinoer. Det var i en klorbaseret detektor i Homestake, South Dakota i USA der rummede 520 tons klor, at det første gang blev konstateret, at der kom for få neutrinoer fra solen. Dette blev kendt som sol-neutrino problemet.
  2. Gallium detektorer ligner klor detektoren, men er mere følsom overfor lav-energi neutrinoer. En neutrino omdanner gallium til germanium, som efterfølgende kan detekteres kemisk. Heller ikke denne type detektor afslører noget om neutrinoens retning.
  3. Rent-vands detektoren rummer store mængder rent vand, omgivet af følsomme lysdetektorer, også kendt som lysforstærkningsrør. I denne detektor overfører neutrinoen sin energi til en elektron, der derefter opnår en hastighed højere end lysets i mediet - selv om hastigheden ville være lavere end lysets i vakuum. Dette skaber en «optisk chokbølge» kendt som Cherenkov stråling, der kan opfanges af lysforstærkningsrørene. Denne detektor har den meget store fordel, at det dannede lys rammer flere rør og ved at måle tidsforskellen mellem ankomsten af lyset til de forskellige detektorer kan man bestemme den retning neutrinoen kom fra. Dette var i en detektor af denne type, at der blev opfanget et udbrud af neutrinoer fra Supernova 1987a. Hele seks neutrinoer blev detekteret inden for kort tid.
  4. I tungtvands detektorer anvendes der tre forskellige metoder til at detektere neutrinoer. Den første er af samme type som i rent-vands detektoren. I den anden metode rammer neutrinoen et deuterium atom og frigiver en elektron. I den tredje spalter neutrinoen deuterium atomet i to. Resultatet af disse reaktioner registreres som i 3 med lysforstærknings rør. Denne type detektor anvendes i Sudbury neutrino observatoriet.

A.J. / K.Han.

Beslægtede opslag

Sidst ajourført: 1/5 2003

Læst af: 22.480