Neutriinot

1. Neutriinot

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

3. 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!

4. 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.

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

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

7. 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.

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

9. 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

10. 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 • EuroppalainenGallex-koe • Italiassa • Tulokset SAGE-kokeen kanssa yhtäpitäviä: • Mitattu neutriinovuo vain ½ teorian ennusteesta

11. SNO • SudburyNeutrinoObservatory • 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

12. 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

13. 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

14. Lagunatötsä

15. 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