Neutrinoiden

Neutrinoiden eli neutriinojen termit viittaavat samaan hiukkasryhmään. Ne kuuluvat leptonien perheeseen Standard Mallissa ja niillä on kolme flavoria: elektronineutrino, muonineutrino ja tauoneutrino. Niillä on erittäin pieni massa, ne ovat sähköisesti neutraaleja ja ne vuorovaikuttavat pääasiassa heikon vuorovaikutuksen sekä gravitaation kautta.

Neutriinoiden ominaisuuksiin kuuluu erittäin pieni massa, sekä kyky kulkea suuria etäisyyksiä läpäisten aineen lähes tehokkaasti. Ne syntyvät monissa prosesseissa, kuten beta-hajoamisissa ydinreaktioissa, auringon fuusioissa, kosmisen säteilyn törmäyksissä ja ydinreaktoreissa sekä hiukkaskiihdyttimien törmäyksissä.

Kolme flavoria ovat elektronineutrino, muonineutrino ja tauoneutrino. Flavorien ja massatilojen sekoittumisen vuoksi neutrinoilla voi tapahtua osa-aikaisia muutoksia matkalla, ilmiö, jota kutsutaan neutrino-oscillaatioiksi. Oscillaatioiden kuvaamiseen käytetään massi- ja flavor-tilojen sekoittumisesta sekä massavaijDifferences-matrixia (PMNS).

Neutrinoita havaitseminen vaatii suuria, herkkiä detektoreita, joissa käytetään esimerkiksi vesipitoisia Cherenkov-detektoreita, nestescintillaattoreita tai nestemäistä argonia. Esimerkkejä ovat Super-Kamiokande (vesi), IceCube (jää), KamLAND ja Borexino; tulevia kokeita on mm. DUNE.

Historia osoittaa, että neutriinoiden olemassaolo ennustettiin 1930-luvulla Pauliin toimesta, ja ensimmäinen suora havaitseminen tapahtui 1956 Cowan ja Reinesin kokeessa. Nykyään keskeisiä kysymyksiä ovat absoluuttinen massa, massajärjestys (normaali vs. käänteinen), sekä CP-symmetria neutrinoissa. Tutkimus sisältää myös mahdollisuuden Majorana-neutriinoihin ja neutrinonlumneiden havaitsemisen.

Sovelluksina neutrinoilla on rooli sekä astro- että geotutkimuksessa, kuten neutrinoastronomia ja geoneutriinot, sekä käytännön sovellukset ydinreaktoreiden monitoroinnissa.