Neljäs neutriino - steriili neutriino tai simpsiino

Seuraa 
Viestejä45973
Liittynyt3.9.2015

Salaperäisillä neutriinoilla, massattomiksi luulluilla alkeishiukkasilla, on kuin onkin massa, vakuuttavat yhdysvaltalaistutkijat. Massallisina neutriinot voivat myös muuttua toisikseen. Nämä kaksi asiaa tekevät neutriinoista universumin mahtitekijän.

Neutriinot kiitävät villeinä ja vapaina pitkin avaruutta lävistäen seiniä ja planeettoja kuin näkymättömät haamut. Ne eivät jää atomien vangeiksi. Sinäkään et huomaa, miten satatuhatta miljardia tuskin atomin ytimen tuhannesosan kokoista hiukkasta tunkeutuu ihoosi joka ainoa sekunti.

Neutriinoja on ollut olemassa käytännöllisesti katsoen aina, sillä niitä syntyi ydinreaktioissa heti alkuräjähdyksen jälkeen ja niitä syntyy jatkuvasti lisää esimerkiksi tähtien säteilyn sivutuotteena.

Onneksi jatkuva neutriinosuihku ei vaaranna terveyttämme. Neutriinojen pysäyttämiseen tarvittaisiin nimittäin valovuosien paksuinen lyijyseinä, ja siksi niiden näkökulmasta me olemme pelkkää tyhjää – samoin planeetat ja tähdet.

Meille neutriinot ovat kuitenkin tärkeitä. Jollei niitä olisi, tähdet eivät loistaisi. Ei olisi maapalloa eikä meitä. – Jos haluamme ymmärtää universumia, meidän on ymmärrettävä neutriinoja.

Iloitkaamme siis pikkuriikkisistä neutriinoista, jotka ovat maailmankaikkeuden toiseksi yleisimpiä hiukkasia; vielä yleisempiä ovat vain valohiukkaset eli fotonit. Jokaista protonia, elektronia ja neutronia kohti on neutriinoja peräti miljardi. Nyt tiedetään, että niillä on massaakin, joten joukkovoimallaan ne voivat muokata ympäristöään.

Neutriinoita havaittu kolmenlaisia

Elektronilla on oma neutriinonsa, elektronin neutriino.
Elektronilla on lisäksi kaksi isoveljeä, myoni ja tau, jotka muistuttavat elektronia mutta ovat paljon raskaampia. Emme tapaa niitä arkielämässä, sillä ne hajoavat nopeasti muiksi hiukkasiksi. Hajotessaan ne synnyttävät omia neutriinojaan. Myonin neutriino löytyikin vuonna 1962 mutta taun neutriino vasta hiljattain.

Neutriinon tyyppi vaihtuu matkalla

Neutriinoja on nykykäsityksen mukaan kolmea lajia. – Kussakin neutriinossa on kuitenkin samaan aikaan jokaisen neutriinon ominaisuuksia.
Myonin ja taun neutriinot eivät ole tietynmassaisia hiukkasia. Sen sijaan kumpikin rakentuu erimassaisista osista, joiden suhde muuttuu neutriinon liikkuessa. – Kun neutriino liikkuu tietyllä energialla, sen raskaimmat osat jäävät jälkeen, eikä myonin neutriino olekaan enää myonin neutriino vaan myonin ja taun neutriinojen sekoitus. Matkan taittuessa sekatila muuttuu taun neutriinoksi.

Neutriinon tekemisiä hallitsee kvanttifysiikka epämääräisyyksineen, joten sama neutriino voi olla joko elektronin, taun tai myonin neutriino.

Tätä neutriinojen muuttumista toisikseen ja takaisin nimitetään oskillaatioksi. Muuttuminen tapahtuu sitä varmemmin, mitä pidempään neutriinot ovat matkanneet avaruudessa.

Vaihtuminen selittää Auringon säteilyn

Laboratorioissa, joissa käytetään keinotekoisia neutriinolähteitä, matkat ovat lyhyitä. Siksi oskillaatioiden todennäköisyys on pieni. Auringosta tänne asti matkaava neutriino ehtii sen sijaan mainiosti vaihtaa tyyppiään matkalla – itse asiassa jo Auringon sisällä.

Neutriinojen oskillaatio pelastikin päivänpaisteen aivan hiljattain. Jo vuonna 1968 oli näet huomattu, että Auringosta tulee vain kolmannes niistä neutriinoista, joita sen säteilyn tuottaminen teoriassa edellyttää. Oli siis syytä epäillä, ettei auringonpaisteen alkuperää ymmärretty kunnolla. Toinen vaihtoehto oli, että matkalla Maahan Auringon neutriinoille tapahtuu jotakin.

Kesällä 2001 kanadalaiset fyysikot ilmoittivat havainneensa, että Auringon elektronin neutriinot muuttuvat muiksi, vaikeammin havaittaviksi neutriinoiksi. Siksi elektronien neutriinoja siis rekisteröitiin odotettua vähemmän. Yli 30-vuotinen mysteeri ratkesi.

Neutriinojen massa muokkasi avaruutta

Nyt tiedetään, että neutriinoilla on pakko olla ainakin pieni massa, koska ilman sitä oskillaatio ei olisi mahdollista. Oskillaatiohavaintojen mukaan massiivisimman neutriinon massa lienee vähintään kymmenesmiljoonasosa elektronin massasta.

– Vaikka yksittäisten neutriinojen massa olisi pienikin, kaikilla neutriinoilla on yhteensä yhtä paljon massaa kuin universumin tähdillä ja planeetoilla, sanoo Washingtonin yliopistossa työskentelevä John Wilkerson luennossaan.

"Uuden" massallisen hiukkasen rooleja on kiinnostavaa spekuloida. Ehkä niin sanottu pimeä aine, jota tähtitieteilijät ovat etsineet jo vuosikymmeniä, koostuukin neutriinoista? Käytännössä neutriinot riittäisivät kuitenkin kattamaan siitä enintään viidenneksen.

Joka tapauksessa maailmankaikkeuden alussa syntyneiden neutriinojen joukkovoima vaikutti ratkaisevasti universumin rakenteeseen. Kun alussa syntyneet neutriinot syöksyivät matkaan lähes valon nopeudella, ne tasoittivat universumiin muodostuneita pieniä epätasaisuuksia, joista myöhemmin kehittyi galakseja.

Tasoituksen määrä riippui neutriinojen massasta. Niinpä universumin suuren mittakaavan kokkareisuus kertoo neutriinoista ja päinvastoin. Universumin rakenteen perusteella onkin jo laskettu, että neutriinojen massan yläraja on viisi kertaa niin suuri kuin oskillaatiohavainnoista saadun massan alaraja. Palaset loksahtelevat kohdalleen.

Varsinainen haamuhiukkanen yhä haussa

– Neutriinon massasta vakuuttuminen on jo johtanut uusiin kysymyksiin, huomauttaa Boris Kayser. – Kysytään esimerkiksi, onko erilaisia neutriinoja vain kolme. Miksei neljää, 17:ää tai ääretöntä määrää?

Alkuräjähdysteorian ja universumin litiumin määrän perusteella voidaan päätellä, että neutriinoja voi olla enintään neljä. Universumin alun rakennetta kartoittaneista WMAP-satelliitin mittauksista näkyykin alustavasti neljännen neutriinon haamu. Myös Los Alamosin hiukkaskiihdyttimellä on saatu viitteitä neljännestä neutriinosta.

Neljäs, niin sanottu steriili neutriino olisi aivan erilainen kuin muut, sillä se ei liittyisi elektronin kaltaiseen hiukkaseen. – Elektronin, myonin ja taun neutriinoihin vaikuttaa sekä heikkovoima että painovoima. Steriiliin neutriinoon vaikuttaisi sen sijaan pelkästään painovoima. – Se on siis varsinainen haamuhiukkanen.

Tietysti tutkijoita kiinnostaa myös neutriinojen tarkka massa ja se, miksi neutriinot ovat niin paljon kevyempiä kuin muut hiukkaset. – Jälkimmäisen kysymyksen vastaus saattaisi auttaa ymmärtämään massan alkuperää laajemminkin.

Tuhosivatko neutriinot antiaineen?

Kayser kysyy myös, ovatko neutriinot syy siihen, että olemme olemassa.

Alkuräjähdyksessä muodostui näet yhtä paljon sekä ainetta että antiainetta, ja nämä tuhoavat toisensa yhdistyessään. Jäljellä ei siis pitäisi olla mitään. Me kuitenkin olemme täällä.

– Neutriinojen ja aineen välinen vuorovaikutus ehkä tuotti universumin alkutilaan epätasapainon aineen eduksi. Tämä saattoi johtua esimerkiksi siitä, että antineutriino ja neutriino oskilloivat eri tavoin. Voimme siis olla neutriinojen lapsia.

Lähde: Tiede-lehdessä 3/2004

Toisaalta tällä tuntemattomalla työntövoimalla voi olla myös opitio kasvaa tai vähetä ajasta tai paikastakin riippuen. Kaikkein eksoottisimpien mallien kannattajat ehdottavat, että vastausta ei pidä etsiä taivaalta vaan hiukkaskiihdyttimien kokeista. Heidän mukaansa kokeissa on yritettävä löytää neljäs neutriinolaji tai painovoiman välittäjähiukkanen, gravitoni.

Neljäs, lajiaan muuttava neutriino selittäisi ajasta ja paikasta riippuvan muuttuvan pimeän energian, ja gravitoni antaisivat vihiä aika-avaruuden lisäulottuvuuksista, jonne tuttu neljän ulottuvuuden painovoimamme voisi vuotaa tehden samalla laimentuessaan sijaa pimeän energian vaikutuksille.

Lähde: Turun Sanomat 29.5.2004

Nykyisen hiukkas- ja maailmankaikkeusmallin mukaan neutriinoja olisi kolmea lajia: elektronin neutriino, myonin neutriino ja taun neutriino. Neutriinot olisivat siis eräänlaisia tunnettujen hiukkasten "varjoja". Uusin neutriinolöydös on simpsiino, joka olisi neljäs neutriinolaji ja jota on erityisen vaikea sovittaa maailmankuvaamme. Sitä ei pitäisi olla olemassa. Kuitenkin John Simpsonin ja Andrew Himen kokeet ovat osoittaneet sen olemassaolon. Simpsiinolle on voitu laskea massa, 17 keV (kiloelektronivolttia), mikä on noin kolmaskymmenesosa elektronin massasta. Kilogrammoina ilmaistuna simpsiinon massaan tulisi 31 nollaa ennen ensimmäistä merkitsevää numeroa.

"Maailmankaikkeuden mitoista voidaan laskea, että simpsiino on on olemassa vain, jos se hajoaa ja menettää massansa muutaman miljoonan vuoden kuluessa. Emme kuitenkaan tiedä, miten se hajoaa, sillä ainakaan kolmesta tunnetusta neutriinosta yhdenkään yhdenkään elinikä ei ole tätä suuruusluokkaa."

Lähde: Jukka Maalampi, Helsingin Sanomat, 22.3.1991

Neljäs neutriinolaji steriili neutriino voi siis olla se komponentti, joka yhdessä muiden neutriinojen (pimeän aineen viidennes) kanssa selittää pimeän aineen, ainakin suuren osan siitä.

Pimeä ainehan on hiukkasia, joita ei vielä tunneta. Joku ehdotti aiemmassa viestiketjussa että löytyy neljäs neutriino. Tämä tuo jo melko suuren osan pimeästä aineesta esiin, jos siis pitää paikkansa. Osaako joku muuten sanoa, kuinka paljon kukin neutriinolaji tuo lisäainetta maailmaan, ja kuinka paljon neljäs neutriino sitä lisäisi? Ilmeisesti neutriinojen osuus aineesta jakautuu niiden kesken tasaisesti, ja neljäs neutriino toisi neljäsosan neutriinojen ainemäärästä lisää.

Myös mikäli SUSY-hiukkaset "supersymmetriset kumppanit" ovat totta, ne tuovat kenties loput piilossa olevasta pimeästä aineesta esiin piilostaan. Tällöinhän on löytämättä osa aineen hiukkasista, ehkä puoletkin.
Teorioissa kevyintä niistä LSP (Lightest Supersymmetric Partner) sanotaan fotonin susy-kumppaniksi fotiinoksi. Jos fotiino on hajoamaton kuten teoria ennustaa, niitä on saattanut kertyä/syntyä maailmankaikkeuden alusta erittäin suuria määriä ja ne voivat olla se suurin osa kadoksissa olevasta pimeästä aineesta. Koska jos fotiino on kevyin supersymmetrinen hiukkanen ja hajoamaton, niitä kertyy koko ajan lisää universumiin, ja niiden kokonaismassa universumin massasta lisääntyy jatkuvasti. Näin ollen neljäs neutriinolaji ja fotiino voivat jo kahdestaan selittää kaiken pimeän aineen, ehkä jopa pimeän energiankin.

Kommentit (7)

Lentotaidoton
Seuraa 
Viestejä5187
Liittynyt26.3.2005

Niin tutkijat kyllä kallistuvat sekä COBE:n että WMAP:in tulosten perusteella siihen, että suurin osa pimeästä aineesta on ns kylmää pimeää ainetta.

Neuriinot jotka kulkevat relativistisilla nopeuksilla ovat siis kuumaa pimeää ainetta ja ne eivät pysty selittämään kuinka yksittäiset galaksit muodostuivat BB:n jälkeen. Maailmankaikkeudesta olisi yksinkertaisesti tullut liian ”sileä”. Eli neutriinot muodostavat pimeästäkin aineesta pienen murto-osan.

Ns kylmä pimeä aine muodostuisi tutkijoiden mukaan lähinnä axioneista, yllä mainituista steriileistä neutriinoista sekä ns WIMPeistä (heikosti vuorovaikuttavista massiivisista partikkeleista, sisältäen neutraliinot). Nämä kaikki hiukkaset tulevat supersymmetriateorioista.

Aine/antiainemysteerin selvittää kyllä luotettavammin ns CP symmetrian rikkoutuminen heikkovoiman reaktioissa. Todettu prosessi monissa kokeissakin.

Vierailija
Lentotaidoton
Niin tutkijat kyllä kallistuvat sekä COBE:n että WMAP:in tulosten perusteella siihen, että suurin osa pimeästä aineesta on ns kylmää pimeää ainetta.

Neuriinot jotka kulkevat relativistisilla nopeuksilla ovat siis kuumaa pimeää ainetta ja ne eivät pysty selittämään kuinka yksittäiset galaksit muodostuivat BB:n jälkeen. Maailmankaikkeudesta olisi yksinkertaisesti tullut liian ”sileä”. Eli neutriinot muodostavat pimeästäkin aineesta pienen murto-osan.

Ns kylmä pimeä aine muodostuisi tutkijoiden mukaan lähinnä axioneista, yllä mainituista steriileistä neutriinoista sekä ns WIMPeistä (heikosti vuorovaikuttavista massiivisista partikkeleista, sisältäen neutraliinot). Nämä kaikki hiukkaset tulevat supersymmetriateorioista.

Aine/antiainemysteerin selvittää kyllä luotettavammin ns CP symmetrian rikkoutuminen heikkovoiman reaktioissa. Todettu prosessi monissa kokeissakin.

Axionit ja WIMPit sekä neutraliinot ovat pelkkää kuvittelua. Sen sijaan neljäs neutriino, olkoon nimeltään vaikka steriili neutriino sekä hajoamaton fotiino ovat pimeän aineen & energian muodostajia. Nimenomaan fotiino on tärkeä pimeä tekijä, ja se kevyin kentän hiukkanen LSP, joka on stabiili eli oikeasti hajoamaton.

Lentotaidoton
Seuraa 
Viestejä5187
Liittynyt26.3.2005
XP
Lentotaidoton
Niin tutkijat kyllä kallistuvat sekä COBE:n että WMAP:in tulosten perusteella siihen, että suurin osa pimeästä aineesta on ns kylmää pimeää ainetta.

Neuriinot jotka kulkevat relativistisilla nopeuksilla ovat siis kuumaa pimeää ainetta ja ne eivät pysty selittämään kuinka yksittäiset galaksit muodostuivat BB:n jälkeen. Maailmankaikkeudesta olisi yksinkertaisesti tullut liian ”sileä”. Eli neutriinot muodostavat pimeästäkin aineesta pienen murto-osan.

Ns kylmä pimeä aine muodostuisi tutkijoiden mukaan lähinnä axioneista, yllä mainituista steriileistä neutriinoista sekä ns WIMPeistä (heikosti vuorovaikuttavista massiivisista partikkeleista, sisältäen neutraliinot). Nämä kaikki hiukkaset tulevat supersymmetriateorioista.

Aine/antiainemysteerin selvittää kyllä luotettavammin ns CP symmetrian rikkoutuminen heikkovoiman reaktioissa. Todettu prosessi monissa kokeissakin.




Axionit ja WIMPit sekä neutraliinot ovat pelkkää kuvittelua. Sen sijaan neljäs neutriino, olkoon nimeltään vaikka steriili neutriino sekä hajoamaton fotiino ovat pimeän aineen & energian muodostajia. Nimenomaan fotiino on tärkeä pimeä tekijä, ja se kevyin kentän hiukkanen LSP, joka on stabiili eli oikeasti hajoamaton.

Fotiinohan on fotonin supersymmetrinen hiukkanen. Juuri edellä totesin, että kosmologiset havainnot eivät mitenkään tue kuuman pimeän aineen olevan merkittävässä asemassa. Galakseja/galaksiryhmiä ei olisi voinut muodostua, koska fotonit/fotiinot olisivat "silittäneet" maisemat liian sileiksi.

Vierailija

NIIN, eihän myonin neutriino ole itsenäinen neutriino,
vaan elektronin neutriinon superpositio. Mm. dosentti Leena
Tähtinen selitti taannoin jutussaan "Tieteessä", että neutrii-
not eroavat toisistaan matkalla Auringosta nopeuseronsa
johdosta. Tämä on hölynpölyä, ne eroavat kvanttiaallonpituu-
tensa johdosta ! "BUSHMAN" tarjosi oikeaa selitystä HS:n
tieteelle ja myös "Tieteelle" jo vuotta aikaisemmin, mutta
naurettiin ulos . Myös täysin harhaanjohtavasti pu-
hutaan, että Japanin Super Kamiokande olisi jo selittänyt
Auringon neutriinojen liian vähäisen määrän paradoxin. Se
ei olisi ollut mahdollista, SK:n tavallista vettä käyttävä ilmaisin
ei olisi voinut erotella eri neutriinotyyppejä, sen teki vasta
Kanadan Sudbyryn raskasta vettä käyttävä SNO-ilmaisin
tutkijaryhmänsä McDonald & al :n kanssa. Toinen asia on, että
näin SPEKULOITIIN jo ennen SNO:n tuloksia, sattumalta speku-
laatio oli oikea, mutta olisi voinut olla vääräkin. Ydinvoimalat
tuottavat muuten kuuroina ANTI-neutriinoja, huomattava osa
ydinreaktion energiasta lentää taivaan tuuliin juuri näiden
antineutriinojen muodossa.

Vierailija

KOKO "pimeän aineen" ja "pimeän energian" metsästys
alkaa mennä sellaiseksi mytologiaksi, että odotettavissa
on "suuri pelkistys", eli yksinkertainen ja elegantti teoria,
joka selittää kaiken ilman tätä hiukkasviidakkoa !
Tässä mielessä, vaikkakaan ei fyysikoiden valtavirran
hyväksymä, on Mordehai Milgromin MOND-teoria kaunis ja virta-
viivainen; luonnonlait eivät olekaan niin pyhiä kuin oletamme,
gravitaation kaava on toinen kuin käänteisen neliön pitkillä
etäisyyksillä. Myös Pioneer-anomalia selittyisi.

Vierailija
Anonyme

Teorioissa kevyintä niistä LSP (Lightest Supersymmetric Partner) sanotaan fotonin susy-kumppaniksi fotiinoksi. Jos fotiino on hajoamaton kuten teoria ennustaa, niitä on saattanut kertyä/syntyä maailmankaikkeuden alusta erittäin suuria määriä ja ne voivat olla se suurin osa kadoksissa olevasta pimeästä aineesta. Koska jos fotiino on kevyin supersymmetrinen hiukkanen ja hajoamaton, niitä kertyy koko ajan lisää universumiin, ja niiden kokonaismassa universumin massasta lisääntyy jatkuvasti. Näin ollen neljäs neutriinolaji ja fotiino voivat jo kahdestaan selittää kaiken pimeän aineen, ehkä jopa pimeän energiankin.

Kuinka fotiinot ja steriilit neutriinot aiheuttaisivat universumin laajenemisen kiihtyvää tahtia, siis selittäisivät pimeän energian? Onko niillä kenties negatiivinen paine?

Mitä Bushmanin Mondeihin tulee, jäädään vain odottelemaan mielenkiinnolla. Jännää nähdä kuinka selittää havainnot gravitaatiolinssi-ilmiöstä sellaisellakin alueella, missä näkyvää ainetta aiheuttamassa ilmiötä ei havaita. Jotkin tuoreet astronomiset havainnot (valitettavasti en tähän hätään pysty antamaan viitettä itse tutkimuksiin, olisikohan tämän sivuston uutisarkistossa vielä...) näyttävät osoittavan tällaista, mikä olisi melko tavalla suora todiste pimeän aineen olemassaololle. Tuore havainto on tietenkin vain havainto, joka pitää ensin varmentaa.

Vierailija

Tämän väitetään osoittavan tilannetta, jossa pimeä aine separoituu baryonisesta galaksiryppäiden törmäyksessä ollen suora todiste DM:stä. Mutta saattavathan Milgrom ja kumppanit vielä keksiä, kuinka tuo selittyy muokatulla gravitaatioteoriallakin. Taitaa vain teorian kauneus ja virtaviivaisuus kärsiä.

Edit: Korjattu kirjoitusvirheitä

Uusimmat

Suosituimmat