Neutrino

Fra Wikipedia, den frie encyklopædi
Gå til: navigation, søg
Neutrino
Klassificering
Elementarpartikel
Fermion
Lepton
Generelle egenskaber
Generation Første, anden, tredje
Interaktion(er) Gravitation og Svag kernekraft
Symbol ν (νe, νe, νμ, νμ, ντ, ντ)
Antal typer 3 (electronneutrino, muonneutrino, tauneutrino)
Antipartikel Antineutrino (muligvis er neutrinoen sin egen antipartikel)[1]
Fysikke egenskaber
Masse lille, men ikke nul[1] (Se Neutrinoers masser)
Elektrisk ladning 0 e[2]
Spin 12
Historie
Forudsagt Pauli (1930)[3]
Opdagelse Cowan og Reines (1956)[4]

Neutrino er fællesbetegnelsen for tre påviste neutrinotyper: νe = elektronneutrino, νμ = myonneutrino, ντ = tauonneutrino, som alle er elementarpartikler. De 3 neutrinotyper har ikke elektrisk ladning og kan ikke vekselvirke med den stærke kernekraft.

Eksistensen af disse bølgepartikler blev foreslået af fysikeren og tænkeren Wolfgang Pauli i 1930, den blev påvist første gang i 1956 af fysikerne Fred Reines og Clyde Cowan.

En fjerde neutrinotype, den "sterile" neutrino er mulig, men den er endnu vanskeligere at påvise end de tre andre typer, er ikke påvist og dens eksistens er følgelig endnu kun en teoretisk mulighed.

Historie[redigér | redigér wikikode]

Eksistensen af neutrinoen blev foreslået af Wolfgang Pauli i 1930 som en løsning på et problem, som fra blevet påvist i 1914 af James Chadwick. Problemet bestod i at elektronerne, som blev udsendt ved betastråling ikke blev udsendt ved en bestemt energi.[3] I betastråling bliver en neutron omdannet til en proton under udsendelse af en elektron. I følge energibevarelsesprincippet skulle elektronen så udsendes med energi, der er lig med masseforskellen mellem neutron og protonen[1], men Chadwick viste at de blev udsendt med energier mellem 0 og masseforskellen.[3] Der manglede altså noget energi. Wolfgang Pauli foreslog at der fattes en partikel som bar den manglede energi væk. Denne partikel måtte ikke vekselvirke med den elektromagnetiske kraft, idet den derved ville være fundet.[3] Han kaldet denne partikel neutron pga. deres ladning.[5]

I 1932 fandt James Chadwick en neutral partikel, som han også kaldte neutronen.[5] Denne partikel havde en for stor masse til at være Pauli føromtalte partikel. Enrico Fermi gav derfor Pauli hypotetiske partikel navnet neutrino og formulere herefter kvanteteorien for betahenfald.[3]

Frederick Reines og Clyde Cowan foreslog i 1953 et eksperiment for at opdage neutrinoen, hvor en neutrino vekselvirker med en proton og skaber en neutron og en positron.[6]

\bar{v} + p \longrightarrow n + e^+

Reines og Cowan placerede deres eksperiment ved Hanford reactor men pga. for meget baggrundstråling mislykkedes eksperimentet. Forskerne placerede herefter forsøget under jorden ved Savannah River Plant, hvor et neutrinosignal blev observeret.[6] Resultaterne blev fremlagt i 1956.[7] Reines fik nobelprisen i fysik i 1995 for denne opdagelse. (Cowan var død mange år tidligere).[3]

I 1962 blev myonneutrinoen opdaget af forskerne Leon M. Lederman, Melvin Schwartz, Jack Steinberger.[8] Dette fik forskerne nobelprisen i fysik for i 1988.[6]

I 1967 målte Ray Davis, som den første neutrinoer fra solen fusionsreaktioner. Han så på reaktionen, at når en elektronneutrino reagerer med et Cl37 skabes der Ar37 og en elektron.

Cl_{37} + \bar{v} \longrightarrow Ar_{37} + e^-

Elektronneutrino skal have en energi på mindst 0,814 MeV for at kunne indgå i denne reaktion. Det vil sige omkring 12 % af solens neutrinoer, neutrinoerne får forskellig alt afhængig af hvilken pp-reaktion de indgår i i solen. Der blev bygget en tank indeholdende 378000 liter C2Cl4 i Homestake minen i ca. 1500 m. dybte. Den blev bygget så dybt for at undgå fejlkilder fra den kosmiske stråling. Antallet af neutrinoer der reagerede blev så målt ved at se på hvor mange argon atomer der blev skabt. Resultatet fra forsøget viste at der kun blev skabt en tredjedel af de neutrinoer, som var teoretisk beregnet.[9]

I 1996 blev detektoren Super Kamiokande taget i brug og observerer fra denne viste at der var et en uoverensstemmelse mellem det teoretiske antal neutrinoer fra solen og det fundne. I 1998 viste Super Kamiokande at det skyldes neutrinooscillationen.[3]

Neutrinoers vekselvirkning med andet stof[redigér | redigér wikikode]

Neutrinoer har så små tværsnitsarealer, at de uendelig sjældent vekselvirker med andet stof.

Milliarder af neutrinoer farer tværs gennem Jordkloden uden at komme i kontakt med dens materiale, de passerer gennem tomrummet i atomerne uden hindring. En idé om, i hvor lille grad neutrinoer interagerer med stof, kan man få ved tænke på, at det kræver et stykke bly med en tykkelse på et lysår for at stoppe halvdelen af et neutrinoflow.

Neutrinoers masser[redigér | redigér wikikode]

Et særligt vigtigt spørgsmål har været om neutrinoernes masse var nul eller større end nul. Tidligere troede mange at neutrinoen var masseløs da man ikke umiddelbart kan bestemme dens masse ud fra de reaktioner som den deltager i, og da masseløse neutrinoer er teoretisk simplest i standardmodellen. Men i dag véd man med sikkerhed (fra forsøg med neutrinooscillationer) at neutrinoernes masse er større end nul.

Nyeste data (2011) for neutrinomasser:

0 < Me) < 0,47 eV – under visse forudsætninger (nemlig når quasi ikke-lineære skalaer er fjernet, dvs. man forudsætter en flad ΛCDM kosmologi) måske < 0,28 [10]

Bemærk at når der i referencen omtales en "sum" af masser, drejer det sig om summen af en elektron-neutrinos såkaldte eigenstates, nemlig egenværdi, egenvektor og egenrum, som har forbindelse til Heisenbergs ubestemthedsrelationer og ikke summen af de 3 neutrinotyper el.lign.

0 < Mμ) < 170 KeV (ca. 1/3 elektronmasse)

0 < Mτ) < 15,5 MeV (ca. 30 elektronmasser)

Hvis den sterile neutrino eksisterer, "forudsiger" teorien (dvs. så er det en konsekvens af teorien), at den har en betydeligt større masse end nogen af de tre andre neutrinoer.

Neutrinoens usædvanlige egenskaber har givet anledning til en ny gren af fysikken.

Neutrinoer og overlyshastighed[redigér | redigér wikikode]

I september 2011 beregnede forskere ved CERN i Schweiz – på grundlag af ca. 3 års målinger – neutrinoer til at rejse 60 nanosekunder (ns) hurtigere end lyset over en ca. 731,3 kilometer distance [11]. OPERA-målingernes sikkerhed lå indenfor 6σ.

Målingerne viste, at den tid neutrinoerne ankom før lyset helt præcist var (δt = (60.7 ± 6.9 (stat.) ± 7.4 (syst.)) ns, hvor stat. betegner den statistiske usikkerhed og syst. den usikkerhed, der skyldes selve laboratorieopstillingen). Dette ville betyde, at den beregnede neutrinohastighed ligger omkring vnu = c * (1 + 2,5 * 10-5), hvor c er lysets hastighed.

De første tvivl om målingernes korrekthed

1. CERN udsendte 2. februar 2012 en pressemeddelelse om, at man havde fundet to mulige fejlkilder, nemlig en oscillator, som angiver tidsstemplerne til GPS-synkronisering og et problem med den optiske fiberforbindelse, der overfører det eksterne GPS-signal til OPERAs master clock. [12]

2. En gruppe forskere fra CERN rapporterede 16. marts 2012, at en anden detektor ved navn ICARUS T600 målte en væsentlig mindre afvigelse fra lyshastigheden, som var langt fra OPERA-resultaterne, nemlig δt = (0.3 ± 4.0 (stat.) ± 9.0 (syst.)) ns, dvs. en afvigelse, som er betydeligt mindre end målingens usikkerhed. [13]

Neutrinohastigheden er som forventet

I en præsentation med titlen The neutrino velocity measurement by OPERA experiment på konferencen 25th International Conference on Neutrino Physics and Astrophysics in Kyoto fredag den 8. juni 2012 afkræftede CERN den i september 2011 fremlagte måling, som syntes at vise, at neutrinoer bevæger sig hurtigere end lyset.

I et slideshow redegøres for forløbet og det reviderede resultat, som viser en neutrinohastighed, som ikke er hurtigere end lysets. [14]

Målinger foretaget, efter rettelse af de to under 1. ovenfor nævnte fejl i systemet, viser: δt = −1.6 (±1.1 statistisk) og (+6.1 / −3.7 systematisk)) ns, nemlig den hastighed (indenfor målenøjagtigheden), som er i overensstemmelse med de tidligere forventninger til neutrinohastighed, dvs. en anelse lavere end lysets.

Eksterne henvisninger[redigér | redigér wikikode]

Se også[redigér | redigér wikikode]

Kilder[redigér | redigér wikikode]

  1. 1,0 1,1 1,2 Sejersen Riis, Anna (2008). "Nu skal neutrinoens masse bestemmes". Aktuel Naturvidenskab (3): 14-17. http://infolink2003.elbo.dk/Naturvidenskab/dokumenter/doc/8606.pdf. 
  2. Bryndt Klinkby, Esben (september 2008). "Standardmodellens partikler og kræfter" (pdf). Kvant - tidskrift for fysik og astronomi 19 (3): 11-12. http://www.kvant.dk/upload/kv-2008-3/kv-2008-3-EK-Standardmodel.pdf. Hentet 4. maj 2011. 
  3. 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6 Hannestad, Steen (2002). "Den lille neutron". Aktuel Naturvidenskab (4): 15-18. http://infolink2003.elbo.dk/Naturvidenskab/dokumenter/doc/8195.pdf. 
  4. Bendix, Henrik (2010). "Neutrinoerne spøger endnu". Illustreret Videnskab (18): 30-33. 
  5. 5,0 5,1 Ramskov, Jens (21. maj 2010). "Der var en, der var to, der var tre neutrinoer - og måske er der flere endnu?". Ingeniøren. http://ing.dk/artikel/108976-der-var-en-der-var-to-der-var-tre-neutrinoer-og-maaske-er-der-flere-endnu. Hentet 26. maj 2011. 
  6. 6,0 6,1 6,2 "Additional background material on the Nobel Prize in Physics 1995" (på engelsk). Nobelprize.org. http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1995/add-back.html. Hentet 3. juni 2011. 
  7. "IceCube: Neutrino History - 1956" (på engelsk). 19. december 2010. http://icecube.wisc.edu/info/neutrinos/1956.php. Hentet 8. juni 2011. 
  8. Lahr, Martin. "The Solar Neutrino Problem" (på engelsk). University Umeå. http://www.tp.umu.se/space/Proj_09/Martin_Lahrz-09.pdf. Hentet 6. oktober 2011. 
  9. Falk, Kerstin (20. november 2005). "The Problem of the Missing Neutrinos" (på engelsk). University Umeå. http://www.tp.umu.se/space/Proj_05/Kerstin.F.pdf. Hentet 6. oktober 2011. 
  10. Thomas, Abdalla, Lahav (20. maj 2010), "Upper Bound of 0.28 eV on Neutrino Masses from the Largest Photometric Redshift Survey" Phys. Rev. Lett. 105, 031301
  11. Antonio Ereditato & al. (22. september 2011). Particles found to break speed of light (22. september 2011). Besøgt 22. september 2011.
  12. CERN Press Office (2012-03-16). "UPDATE 16 March 2012". CERN Press Release (CERN). http://press.web.cern.ch/press/PressReleases/Releases2011/PR19.11E.html. Hentet 2012-03-17. "The OPERA collaboration has informed its funding agencies and host laboratories that it has identified two possible effects that could have an influence on its neutrino timing measurement" 
  13. Antonello, M. (2012-03-15). "Measurement of the neutrino velocity with the ICARUS detector at the CNGS beam". arXiv High Energy Physics. arXiv. http://arxiv.org/abs/1203.3433. Hentet 2012-03-17. "This is in a striking difference with the reported result of OPERA that claimed that high energy neutrinos from CERN should arrive at LNGS about 60 ns earlier than expected from luminal speed."  Arkiveret 2012-03-15.
  14. Dracos, Marcos, "The neutrino velocity measurement by OPERA experiment" (pdf), 25th International Conference on Neutrino Physics and Astrophysics, Kyoto, Japan, http://regmedia.co.uk/2012/06/11/neutrinos_not_ftl_slides.pdf, hentet 2012-07-01, "Fornyede eksperimenter viser ingen overlyshastighed for neutrinoer"