Neutriinot ovat fermioneihin kuuluvia alkeishiukkasia, joilla on pienen pieni massa. Neutriinojen havaitseminen on vaikeaa, sillä ne eivät vuorovaikuta ympäröivän maailman kanssa.
Väite: Käytännössä neutriinot voivat matkata avaruudessa miljardeja valovuosia läpi galaksien, kaiken materian, ilman, että niiden suunta muuttuu. Neutriino etenee vaikkapa Maa-planeetan läpi ilman suunnanmuutosta ja ilman nopeuden hidastumista, joten neutriinon lähtöpiste on 100 % täydellisen ja ei-taipuneen suoran toisessa päässä.
Onko väite totta? Jopa valon suunta muuttuu eli valo taipuu painovoiman vaikutuksesta, mutta onko niin, että neutriinoon ei edes painovoima vaikuta? Tämähän pistäisi myös yleisen suhteellisuusterorian uusiksi, vai miten asia menee tämän päivän tulkinnan mukaan?
Väite: Käytännössä neutriinot voivat matkata avaruudessa miljardeja valovuosia läpi galaksien, kaiken materian, ilman, että niiden suunta muuttuu. Neutriino etenee vaikkapa Maa-planeetan läpi ilman suunnanmuutosta ja ilman nopeuden hidastumista, joten neutriinon lähtöpiste on 100 % täydellisen ja ei-taipuneen suoran toisessa päässä.
Onko väite totta? Jopa valon suunta muuttuu eli valo taipuu painovoiman vaikutuksesta, mutta onko niin, että neutriinoon ei edes painovoima vaikuta? Tämähän pistäisi myös yleisen suhteellisuusterorian uusiksi, vai miten asia menee tämän päivän tulkinnan mukaan?
Vastaukset 9
Vanhimmat
Valo liikkuu suoraan tyhjässä avaruudessa. Kun valon suunta näyttää muuttuvan niin syynä on avaruuden kaareutuminen. Näin tapahtuu esimerkiksi valon kulkiessa Auringon ohitse. Auringon suunnassa olevat tähdet näyttävät siirtyneen sitä enemmän Auringosta poispäin mitä lähempää Aurinkoa niiden valo kulkee tuon avaruuden kaareutumisen vuoksi.
Havaittavissa olevilla neutriinoilla (energia luokkaa > 0.1 MeV) on niin pieni lepomassa, että niiden ja valon nopeuden välistä nopeuseroa ei ole saatu mitattua. Mittattavissa olevien neutriinojen nopeus poikkeaa valon nopeudesta alle miljardisosan verran.
Neutriinot etenevät käytännössä kuten valo eli omasta mielestään kulkevat avaruudessa viivasuoraan. Kun avaruus kaareutuu niin samalla kaareutuu neutriinoiden rata. Vähäinen vuorovaikutus muun maailman kanssa ei anna neutriinoille mitään keinoa poiketa suoralta radaltaan avaruudessa. Jos olisi mahdollisuus katsella hyvin tarkasti avaruuden neutriinolähteiden suuntia niin kulkiessaan Auringon ohitse neutriinojen rata näyttäisi taipuvan ihan samalla lailla kuin valonkin liikesuunta.
Mustan aukon tapahtumahorisontti koskee neutriinoa yhtä lailla kuin valoakin. Tapahtumahorisontin takaa eivät neutriinot pääse ulos.
Valon keskimääräinen suunta on suora ja keskimääräinen nopeus on vakio. Kuitenkin Feymannin diagrammi antaa vähän suuntaa siitä miten se pienemmässä mittakaavassa on. Eli fotoni liikkuu paikasta toiseen, elektroni liikkuu paikasta toiseen, elektroni emittoi tai absorboi fotonin.
Neutrinot havaitaan niiden osuessa atomin ytimeen, eli erittäin harvoin mutta joskus kumminkin.
https://www.nsf.gov/news/news_summ.jsp?cntn_id=295955
On olemassa myös korkeaenergisiä neutriinoja, jotka vaikuttavat aineen kanssa. Tämä on todettu tutkittaessa supernovia.
Tutkimusten mukaan supernovana räjähtävä tähti ei räjähtäisi, jos neutriinojen vuorovaikutusta aineen kanssa ei otettaisi huomioon. Suurenergiset neutriinot aiheuttavat säteleilypainetta tähden ytimessä ja vasta tämä lisäpaine saa tähden räjähtämään supernovana. Jollei neutriinoja olisi, universumissa ei olisi mitään elämää, sillä supernovissa syntyy elämälle välttämättömiä raskaampia alkuaineita.
Suuren energian neutriinot voivat aiheuttaa merkittäviä säteilyannoksia.
http://inspirehep.net/record/492562/files/neutrino.pdf
Tuon mukaan Auringosta tulevat neutriinot aiheuttavat ihmiselle vuotuisen säteilyannoksen, joka on suuruudeltaan luokkaa 0.00001µSv eli varsin mitätön. Vuotuinen taustasäteilyn tuottama säteilyannos on noin 3200µSv (3.2mSv)
Fermilabin neutriinokoe SBL tuottaa 1 km päässä koelaitteistosta 10µSv vuotuisen säteilyannksen neutriinosäteilystä.
Varsinainen pahis tässä olisi suurienerginen myonitörmäytin. Itse TeV - luokan myoneiden osalta laitteen säteilysuojaukseksi riittää parikymmentä metriä kalliota, mutta TeV - luokan neutriinot posottavat siitä ongelmitta lävitse tuottaen harmia kauempana.
Arvion perusteella 80 kilometrin päässä 10TeV myonitörmäyttimestä suoran osan suunnassa muodostuvan neutriinosäteilykeilassa vuotuinen annos 40000µSv vuodessa ja kaarevan osankin tuottamana 4000µSv. Säteilyannos näyttäisi skaalautuvan törmäävien myonien maksimienergian kolmannen potenssin mukaan. On spekuloitu että osa Maapallon eliöiden joukkotuhoista on aiheutunut lähiseudun tähden romahduksessa vapautuneesta neutriinopulssista. Tähän ei siis tarvita edes supernovaa.
Esimerkiksi LHC:n maksimienergia on tällä hetkellä noin 13 TeV eli ihan heti ei tuollaista myonitörmäytintä ole kukaan rakentamassa. Myonien lyhyt elinikä (2.2µs) ja suuri massa asettaa niiden kiihtyttämiselle erilaiset vaatimukset eli laitteisto olisi paljon LHC:tä pienempi.
Sattumoisin oli tälläinen uutinen myonitörmäyttimiin liittyen:
https://www.symmetrymagazine.org/article/mice-brings-muon-collider-closer-to-reality
Yksi ongelma myonibeamien tuottamisessa on aina ollut se, että myoneiden nopeusjakauma on ollut varsin laaja eli myonit paitsi lähtevät laajaan avaruuskulmaan niin niiden nopeudet vaihtelevat paljon. Puhutaan siis faasiavaruuden tilavuudesta joka siis vaikuttaa siihen kuinka kapeaksi suihkuksi myonit on mahdollista fokusoida ajassa ja paikassa.
Ilmiö on sama kuin valoa fokusoitaessa. Jos valonlähde alun perin on kooltaan suuri niin valon fokusoiminen hyvin pieneksi pisteeksi onnistuu vain lyhyellä matkalla ja tuolloin fokusoitu valo tulee pisteeseen monesta eri suunnasta eli heti fokuksen jälkeen hajaantuu uudelleen. Kun faasiavaruutta yhdessä suunnassa puristetaan kasaan niin se toisessa suunnassa pullistuu laajemmaksi. Jos valonlähde olisi laser niin jo alun perin samansuuntaisten eli faasiavaruudessa pienen tilavuuden ottavien säteiden fokusointi onnistuu siten, että lopputuloksena on pitkään kapeana pysyvä säde.
Tuossa tutkimuksessa onnistuttiin myoneita uudelleenmoderoimaan siten, että saatiin hiukkasten faasiavaruudessa ottamaa tilavuutta pienennettyä. Tällöin on edes teoreettinen mahdollisuus tuottaa niistä halkaisijaltaan pieniä ja lyhyitä mutta myös myöhemmin koossa pysyviä paketteja hiukkaskiihdytintä varten.
Jotta saataisiin suuria säteilyannoksia neutriinoista pitää ensin saada aikaan myonitörmäytin joka siis vaatii myonien puristamisen tiukoiksi ja kasassa pysyviksi hiukkaspaketeiksi.
Muodostavatko neutriinot avaruudessa gravitaatiolinssin, kuten valo, vai kulkevatko neutriinot ulkopuolisen tarkastelijan mielestä suoraan?
Valohan ei mene läpi kiinteästä aineesta, neutriinolla siinä ei ole minkäänlaisia ongelmia.
Kuten tuossa aiemmin mainittu hyvin pienen lepomassansa vuoksi neutriinot kulkevat avaruudessa suoraan eli seuraavat avaruuden kaareutumista. Ne siis taittuvat gravitaatiolinsseissä ihan samalla lailla kuin valo. Havaintojen kannalta muuten liian kaukana sijaitseva neutriinolähde voi tuottaa havaittavan signaalin gravitaatiolinssin fokusoivan vaikutuksen vuoksi.
Hakusanaksi neutrino gravitational lensing
Nopeuksien noustessa valonnopeuteen tai lähelle, tulee katsoa erityinen suhteellisuusteoria. Myös massattomilla fotoneilla tai lähes massattomilla neutriinoilla se pitää. Massaton fotoni kantaa energiaa, jonka suuruus määräytyy aallonpituuden mukaan, ja kaikki millä on energiaa omaa liikemäärän, joka määrää suhteellisen massan, joka taas on fotonin ainoa relevantti massa painovoimalle. Myös lepomassallisille kappaleille liikemäärän aiheuttama kokonaisenergian määrän lisääntyminen vaikuttaa enemmän ja enemmän, kun nopeuden annetaan lähestyä valonnopeutta. Siksi on sanottu, että kappale, jolla on lepomassa, ei voi saavuttaa valonnopeutta, koska kiihdyttävän voiman tarve lähestyy niin suurta määrää, jota ei ole olemassa.