Neutriinot
Neutriinon ominaisuudet
Neutriinot ovat pieniä näkymättömiä alkeishiukkasia. Ne ovat niin pieniä, että toistaiseksi niille ei ole mitattu minkäänlaista massaa. Tavallinen atomeista koostuva aine ei sisällä neutriinoja, vaan kaikki neutriinot kulkevat vapaana maassa ja avaruudessa.Neutriinot eivät välitä vähääkään toisista alkeishiukkasistä tai muista olioista. Ne eivät tunne sähkömagneettista vuorovaikutusta lainkaan, eivät myöskään vahvaa vuorovaikutusta (värivoima, vaikuttaa syvällä ydinten sisällä). Painovoiman vaikutus keveisiin neutriinoihin on mitätön. Käytännössä neutriinot vuorovaikuttavat muun aineen kanssa ainoastaan heikoilla vuorovaikutuksilla.
Neutriinoja on erittäin vaikea tutkia. Se johtuu ennenkaikkea juuri siitä, että ne vuorovaikuttavat niin heikosti muun aineen kanssa. Niiden tuottaminen on hankalaa, niitä ei voi ohjailla laboratoriossa, ja niitä on melkein mahdotonta havaita. Siksi neutriinot kätkevät vielä paljon arvoituksia.
Neutriinoja syntyy eräissä ydinreaktioissa. Eniten neutriinoja syntyy tähdissä. Myös ydinvoimalat tuottavat runsaasti neutriinoja, ja jopa maaperän radioaktiivisuudesta tulee jonkin verran neutriinoja.
Avaruuden matkaajat
Neutriinot vipeltävät maailmojen halki tielle tulevista esteistä piittaamatta. Ne voivat vaivatta lävistää maan tai kuun, ja aurinkokin on vain vähäinen harso neutriinojen tiellä.Neutriinoja on ollut maailmassa aina sen synnystä alkaen. Neutriinoja tuotetaan koko ajan lisää ydinreaktioissa muun muassa auringossa ja tähdissä. Neutriinot ovat fotonien (valohiukkanen) jälkeen maailman yleisimpiä hiukkasia.
Avaruuden halki saapuvat neutriinot voivat paljastaa maailmankaikkeuden salaisuuksia. Siksi fyysikot kaikkialla maailmassa innolla yrittävät havaita lentäviä neutriinoja. Vaikka neutriinojen havaitseminen on äärimmäisen vaikeata, siinä on onnistuttu. Tulokset ovat osin arvoitus.
Eniten kummastusta herättää auringosta tulevien neutriinojen salaperäinen katoaminen. Myös ilmakehässä kosmisten säteiden vaikutuksesta syntyneiden neutriinojen määrä on arvoitus. Vuonna 1987 havaittiin 19 neutriinoa, jotka tulivat supernovasta SN 1987 A.
Neutriinot ja ihminen
Ihmisen läpi kulkee biljoonia neutriinoja sekunnissa, mutta vain muutama neutriino kuukaudessa pysähtyy ihmiseen. Niin pieni määrä ei aiheuta mitään merkittäviä vaikutuksia ihmiselle, vaan neutriinosäteily on täysin vaaratonta kaikelle elämälle.Neutriinon historia
Neutriinot tuotiin fysiikkaan aluksi teoreettisena oletuksena. Vuosisadan alussa tutkittiin kiivaasti vasta löydettyä radioaktiivisuutta, ja uusimmat koetulokset herättivät suurta hämmennystä. Näytti siltä, että yksi fyysikkojen pyhimmistä periaatteista, energian säilysmislaki ei olisikaan voimassa kaikissa ydinreaktioissa. Monet olivat valmiita jopa hylkäämään energian säilymislain, ja lopulta (vuonna 1932) Wolfgang Pauli (Nobel 1945) esitti epätoivoisena ratkaisuna, että reaktioissa syntyy uusi näkymäton hiukkanen. Tilanteen selkiydyttyä uusi hiukkanen ristittiin neutriinoksi, ja kun vielä Enrico Fermi esitti toimivan teorian neutriinojen vuorovaikutuksille, fyysikot olivat valmiita hyväksymään neutriinon.Neutriinon näkymättömyys kiusasi tutkijoita pitkään. Tuolloin ei uskottu, että neutriinoa voitaisiin koskaan havaita. Paulikin vähän häpeillen pyyteli anteeksi tovereiltaan, että oli tullut keksineeksi teorian, jota ei voi koskaan todistaa oikeaksi. Pauli ja muut sen ajan teoreetikot kuitenkin aliarvoivat kokeilijoiden sinnikyyden. Pian lahjakkaimmat tutkijat alkoivat kehitellä mielikuvituksellisia hankkeita haamuhiukkasten havaitsemiseksi.
Neutriino havaittiin lopulta 50-luvulla. Professorit Fred Reines ja Clyde Cowan laskivat, että keinotekoisilla ydinreaktiolla voidaan tuottaa niin paljon neutriinoja, että joku niista antaa merkin olemassaolostaan. Aluksi he harkitsivat jopa ydinpommin käyttöä neutriinolähteenä, mutta luopuivat siitä pian sovinnolla. Sen sijaan he sijoittivat laboratorionsa suuren ydinreaktorin naapuriin. Toiminnassa oleva ydinreaktori säteilee aina valtavasti neutriinoja, ja niin kävi, että lopulta tutkijat näkivät neutriinon (tarkemmin: elektronin antineutriinon) aiheuttamia reaktioita koelaitteissaan. Neutriino oli löydetty. Tästä löydöstä professori Reines sai fysiikan Nobelin palkinnon vuonna 1995.
Tultaessa 60-luvulle oli jo löydetty uusi elektronin kaltainen varattu hiukkanen, myoni. Myoni kuitenkin hajosi nopeasti elektroniksi ja - energian ja liikkeen säilymislakien nojalla - kahdeksi näkymättömäksi hiukkaseksi. Nyt pidettiin jo itsestään selvänä, että näkymättömät hiukkaset olivat neutriinoja. Brookhaveniin New Yorkin lähelle oli juuri valmistunut uusi hiukkaskiihdytin, jolla pystyttiin valmistamaan runsaasti silloin eksoottisena pidettyjä hiukkasia, kuten pioneja ja myoneja. Tutkijat halusivat nyt selvittää, ovatko myonin hajoamisessa syntyneet hiukkaset samoja neutriinoja, jotka syntyvät radioaktiivisesta hajoamisesta, vai jotain muuta. Kunnianhimoiset tutkijat Leon Lederman, Jack Steinberger ja Melvin Schwartz tarttuivat haasteeseen, ja herkillä laitteillaan he onnistuivat tunnistamaan näkymättömän hiukkasen aiehuttamia reaktioita. Tulokset kuitenkin osoittivat, että syntyneen hiukkasen täytyi olla eri hiukkanen, kuin tunnettu elektronin hiukkanen. Oli löydetty toinen neutriino, niin sanottu myonin neutriino. Tästä löydöstä herrat saivat fysiikan Nobelin palkinnon vuonna 1988.
Kolmannen neutriinon olemassaolosta saatiin vihiä 70-luvulla. Martin Perl (Nobel 1995) havaitsi uuden raskaan hiukkasen, jolle annettiin nimeksi tau (suomalaisen professori Matts Roosin ehdotuksesta). Koska tau oli ominaisuuksiltaan samankaltainen kuin elektroni ja myoni, niin voitiin odottaa, että sillä olisi myös oma neutriinonsa. Mittauksissa todettiinkin, että taun hajoamisessa syntyi näkymättömiä hiukkasia. Nämä hiukkaset eivät kuitenkaan olleet tunnettuja neutriinoja, joten voitiin päätellä, että taun hajoamisessa syntyi uudenlaisia tau neutriinoja.
Lisätietoja
Neutriinojen tietosivu (englanniksi): numerotietoja neutriinojen ominaisuuksista.
Juha Peltoniemi