• BilimAvcısı

Evrende En Bol Bulunan Ama Tespit Edilmesi Neredeyse İmkansız Olan Parçacık: Nötrinolar

Queen's Üniversitesi ve Sudbury Neutrino Gözlemevi'nde fizik profesörü olan Aksel L.Hallin’in açıklaması: “Bir nötrino, bir elektrona çok benzeyen, ancak elektrik yükü olmayan ve çok küçük bir kütlesi olan, hatta sıfır bile olabilen atom altı bir parçacıktır. Nötrinolar, evrendeki en bol parçacıklardan biridir. Maddeyle çok az etkileşime sahip oldukları için, tespit edilmeleri inanılmaz derecede zordur.”



Nötrinolar, evreni oluşturan temel parçacıklardan, aynı zamanda en az anlaşılanlardan biridir.

Nötrinolar, çok önemli bir farkla daha tanıdık elektrona benzer: Nötrinolar elektrik yükü taşımaz. Nötrinolar elektriksel olarak nötr olduklarından, elektronlara etki eden elektromanyetik kuvvetlerden etkilenmezler. Nötrinolar yalnızca elektromanyetizmadan çok daha kısa menzilli "zayıf" bir atom altı kuvvetten etkilenir ve bu nedenle maddeden etkilenmeden büyük mesafelerden geçebilirler. Nötrinoların kütlesi varsa, diğer büyük kütleli parçacıklarla da yerçekimsel olarak etkileşirler, ancak yerçekimi bilinen dört kuvvet arasında açık ara en zayıf olanıdır.


Üç tür nötrino bilinmektedir; özellikleri bilinen türlerden beklenmedik bir şekilde çok farklı olmadığı sürece, ek nötrinoların bulunmadığına dair güçlü kanıtlar vardır. Nötrino'nun her türü veya "aroması" yüklü bir parçacıkla ilgilidir (bu, karşılık gelen nötrinoya adını verir). Bu nedenle, "elektron nötrinosu" elektronla ilişkilidir ve diğer iki nötrino, muon ve tau adı verilen elektronun daha ağır versiyonlarıyla ilişkilendirilir.


Nötrinoları tespit etmek için çok büyük ve çok hassas dedektörler gereklidir. Tipik olarak, düşük enerjili bir nötrino, herhangi bir şeyle etkileşime girmeden önce birçok ışık yılı normal maddeden geçecektir. Sonuç olarak, tüm karasal nötrino deneyleri, makul büyüklükteki dedektörlerde etkileşime giren küçük nötrino fraksiyonunun ölçülmesine dayanır.

Nötrino'nun Kısa Tarihi

1931 - Kuramcı Wolfgang Pauli tarafından varsayımsal bir parçacık tahmin edildi. Pauli tahminini, enerji ve momentumun belirli radyoaktif bozulmalarda korunmuş gibi görünmediği gerçeğine dayandırdı. Pauli, bu eksik enerjinin, tespit edilmeden kaçan nötr bir parçacık tarafından görülmeden taşınabileceğini öne sürdü.


1934 - Enrico Fermi, Pauli'nin nötrinoyu kullandığı varsayımsal parçacığı da içeren kapsamlı bir radyoaktif bozulma teorisi geliştirdi.

Nötrinonun dahil edilmesiyle, Fermi'nin teorisi, deneysel olarak gözlemlenen birçok sonucu doğru bir şekilde açıkladı.


1959 - Nötrinonun beklenen özelliklerine uyan bir parçacığın keşfi, Clyde Cowan ve Fred Reines (Super-Kamiokande'nin kurucu üyesi; UCI emeritus profesörü ve keşfe katkılarından dolayı 1995 Nobel Fizik Ödülü sahibi) tarafından açıklandı.


1962 - Brookhaven Ulusal Laboratuvarı ve Avrupa Nükleer Fizik Laboratuvarı CERN'deki deneylerle şaşırtıcı bir keşif yaptı:

Müonlarla birlikte üretilen nötrinolar, elektronlarla bağlantılı olarak üretilen nötrinolar ile aynı şekilde davranmaz.

Aslında, ikinci bir tür nötrino (müon nötrino) keşfettiler.

1978 - Tau parçacığı, Stanford Doğrusal Hızlandırıcı Merkezi olan SLAC'ta keşfedildi . Kısa süre sonra elektron ve müonun daha ağır bir versiyonu olduğu anlaşıldı. Bozunması, Pauli'nin 1931'de nötrino'nun varlığını tahmin etmesine neden olan aynı görünürdeki enerji ve momentum dengesizliğini sergiliyor. Tau ile ilişkili üçüncü bir nötrinonun varlığı, bu nötrino henüz doğrudan gözlemlenmemiş olmasına rağmen, bu nedenle çıkarılır.


1985 - Proton bozunmasını arayan ama aynı zamanda nötrinoları da tespit eden büyük bir su detektörü olan IMB deneyi, beklenenden daha az muon-nötrino etkileşimlerinin gözlemlendiğini fark etti. Anomalinin ilk başta dedektör verimsizliklerinin bir artefaktı olduğuna kanaat getirildi.


1985 - Bir Rus ekibi, sıfır olmayan nötrino kütlesinin ilk kez ölçümünü bildirdi. Kütle son derece küçüktür (elektronun kütlesinden 10.000 kat daha az), ancak daha sonra bağımsız olarak yeniden üretme girişimleri başarılı olmadı.


1987 - Proton bozunmasını arayan başka bir büyük su detektörü olan Kamiokande ve IMB, Supernova 1987A'dan aynı anda bir nötrino patlaması tespit etti.


1989 - Kamiokande veya IMB'den çok daha küçük olan ve nötrino hedefi olarak sudan ziyade demir kullanan Frejus ve NUSEX deneyleri, müon-nötrino etkileşimlerinde herhangi bir eksiklik bildirmedi. 1989 - CERN'in Büyük Elektron-Pozitron (LEP) hızlandırıcısındaki deneyler, bilinen üç nötrino dışında hiçbir ek nötrino bulunamayacağını belirledi.


1990 - Müon-nötrino etkileşimlerini tanımlama yeteneğini geliştiren bir güncellemeden sonra, IMB, Kamiokande tarafından bildirilen müon nötrino etkileşimlerinin eksikliğini doğruladı.


1994 - Kamiokande, yüksek enerjili müon-nötrino etkileşimlerinde bir eksiklik buldu. Üretim noktasından dedektöre en uzun mesafeleri kateden müon-nötrinolar, en büyük azalmayı sergiler.


1994 - Kamiokande ve IMB grupları, KEK hızlandırıcı laboratuvarında bir test ışını kullanarak su dedektörlerinin müon ve elektron-nötrino etkileşimlerini ayırt etme yeteneğini test etmek için işbirliği yaptı. Sonuçlar, önceki ölçümlerin geçerliliğini doğrulamaktadır. İki grup, Super-Kamiokande projesinin çekirdeğini oluşturmaya devam edecek.


1996 - Super-Kamiokande dedektörü çalışmaya başladı.


1997 - Soudan-II deneyi, müon nötrinolarının yok oluşunu gözlemleyen ilk demir detektörü oldu. Ortadan kaybolma oranı, Kamiokande ve IMB tarafından gözlemlenenlerle örtüşüyor.


1997 - Super-Kamiokande, önceki deneylerin ölçümleriyle uyumlu oranlarda, kozmik ışın müon nötrinolarının ve güneş elektron nötrinolarının eksikliğini bildirdi.


1998 - Super-Kamiokande işbirliği, Neutrino '98 konferansında sıfır olmayan nötrino kütlesinin kanıtlarını açıkladı.


Kaynak:

  • http://www.ps.uci.edu/~superk/neutrino.html

  • https://www.scientificamerican.com/article/what-is-a-neutrino/