Redaktion og opdatering af indholdet på denstoredanske.dk er indstillet pr. 24. august 2017. Artikler og andet indhold er tilgængeligt i den form, der var gældende ved redaktionens afslutning.

  • Artiklens indhold er godkendt af redaktionen

neutrino

Oprindelige forfattere JLPe og PThej Seneste forfatter Redaktionen

neutrino, elementarpartikel uden elektrisk ladning og med meget lille masse. 2% af Solens energi udsendes som ca. 1038 neutrinoer pr. sekund. De påvirkes alene af de svage kernekræfter og passerer derfor næsten uhindret gennem både Solen og Jorden.

Neutrinoer er leptoner og kendes i tre varianter, som betegnes med det græske bogstav ν med indeks hhv. e, μ og τ. De produceres i par med de tilsvarende ladede leptoner: elektron, myon og tau-lepton. De tre kendte neutrinoarter vil ifølge kvanteteorien kunne give anledning til såkaldte oscillationer mellem neutrinoarterne, og det er disse oscillationer, der nu er observeret. Eksistensen af oscillationer løser et alvorligt problem, der hidtil har været vedrørende neutrinoer fra Solen, og resultatet har tillige stor kosmologisk betydning, da neutrinoer er blandt de mest almindelige elementarpartikler i Universet.

Ordet neutrino er italiensk og betyder 'lille neutron', se neutron.

Neutrinoen blev foreslået teoretisk af W. Pauli i 1930 som en "desperat løsning" på det problem ved radioaktive betahenfald af atomkerner, at den udsendte elektron ikke altid har samme energi. Det strider mod loven om energibevarelse, hvis elektronen er den eneste partikel, der udsendes. Den "usynlige" neutrino, der også udsendes ved betahenfaldet, bærer netop en vekslende del af energien. Neutrinoer fra en kernereaktor blev påvist direkte i 1956 af F. Reines.

Annonce

Moderne acceleratorer kan producere højenergetiske neutrinoer, der udgør et nyttigt værktøj i elementarpartikelfysikken. Neutrinoer findes kun med negativ helicitet, dvs. de er "venstrehåndede", og deres spejlbilleder forekommer ikke i naturen. Anti-neutrinoer har altid positiv helicitet.

Detektion

Da neutrinoer næsten ikke vekselvirker med andet stof, kan de ikke iagttages med teleskoper med linser, men kun i særlige partikeldetektorer, der kan inddeles i to typer. Fælles for dem er, at de skal være meget store for at kunne få et tilstrækkeligt antal målinger, og at de må placeres langt under jordens overflade for at undgå den forstyrrende kosmiske stråling. Når neutrinoerne passerer gennem detektoren, vil de en sjælden gang reagere med stoffet i den og danne et antal henfaldspartikler. I den første type detektor påvises disse kemisk ved at måle de dannede grundstoffer, mens man i den anden type udnytter, at meget højenergetiske partikler, der bevæger sig i en væske, udsender elektromagnetisk stråling, den såkaldte Tjerenkov-stråling, der kan detekteres.

Et eksempel på den første type er Homestake-minens klordetektor (i South Dakota, USA), hvori kloratomer omdannes til radioaktivt argon, som opsamles og måles. GALLEX-detektoren i Gran Sasso-tunnelen i Italien måler omdannelsen af gallium til germanium.

Super-Kamiokande, der er placeret i Kamioka i Japan, er en Tjerenkov-detektor bestående af en tank med 50.000 t vand 1000 m under jorden. Ved at bortfiltrere baggrundsstøj og måle retningen af Tjerenkov-strålingen kan man detektere, hvorfra neutrinoen kom. Andre Tjerenkov-detektorer er eller planlægges placeret i dybe søer, i havet og under den antarktiske is.

Solneutrinoer

Ved Solens fusionsprocesser produceres et umådelig stort antal neutrinoer hvert sekund. De passerer næsten uhindret gennem både Solen og Jorden, men en lille del vekselvirker med stof, hvorved de kan detekteres. Eksperimenter gennemført siden 1967 har imidlertid kun kunnet påvise mellem en tredjedel og halvdelen af det forventede antal neutrinoer. I Solen produceres udelukkende e-neutrinoer, og i hidtidige eksperimenter er det også kun e-neutrinoer, der er observeret fra Solen. En forklaring på det for lille antal kunne derfor være, at e-neutrinoer fra Solen på deres vej til Jorden er oscilleret over i en af de andre typer og derved har unddraget sig detektion. Observationer fra den canadiske neutrinodetektor i en underjordisk mine ved Sudbury har ud over at observere e-neutrinoer også kunnet bestemme summen af alle tre neutrinoarter, og det totale antal stemmer med forventningerne fra teorien for Solens energiproduktion. Hermed er oscillationshypotesen godtgjort, og astrofysikernes teori for Solen er blevet yderligere underbygget.

Atmosfæriske neutrinoer

Ved målinger i en mine i Kamioka i Japan har man undersøgt de neutrinoer, der dannes, når den kosmiske stråling ved sammenstød med Jordens atmosfære giver anledning til produktion af mange elementarpartikler, herunder også neutrinoer i et kendt forhold mellem de tre neutrinoarter. Detektoren observerer ligesom den canadiske lysglimt, der skyldes neutrinovekselvirkninger i en stor vandtank. Samtidig har man mulighed for at bestemme den retning, en neutrino kom fra, dvs. om den kom ovenfra, fra horisonten, eller om den er produceret i atmosfæren på den anden side af Jorden og har passeret gennem Jorden. Man har fundet, at det observerede antal e-neutrinoer stemmer godt overens med det forventede. Det gælder også for de μ-neutrinoer, der kommer ovenfra og kun har fløjet få kilometer før detektoren, mens antallet af dem, der kommer nedefra og har fløjet flere tusinde kilometer, er for lille. Det fører så til den tolkning, at μ-neutrinoer i løbet af nogle tusinde kilometer oscillerer til τ-neutrinoer.

Eksperimenterne tillader endnu ikke direkte en bestemmelse af neutrinomasserne, men mest sandsynligt synes i hvert fald en af dem at være lidt mindre end 0,1 eV/c2 eller ca. 10-7 gange elektronmassen.

Referér til denne tekst ved at skrive:
Jens Lyng Petersen, Peter Thejll: neutrino i Den Store Danske, Gyldendal. Hentet 22. oktober 2019 fra http://denstoredanske.dk/index.php?sideId=131364