Neutriinot

30.3.2012 | Miro Ruopsa

Parikymmentä vuotta kyseistä asiaa pohdittiin, kunnes fyysikko nimeltä Wolfgang Pauli ehdotti, että ongelman takana voisi olla jokin hiukkanen, jota ei tuon aikaisilla laitteilla pystytty havaitsemaan. Kesti vielä parikymmentä vuotta tästä eteenpäin ennen kuin tuo kyseinen hiukkanen lopulta kokein onnistuttiin todeta. Tämä tapahtui pari vuotta ennen Wolfgang Paulin kuolemaa, joten hänkin pääsi tästä vielä iloitsemaan. Hiukkasen nimeksi vakiintui lopulta neutriino.

Neutriinojen havaitseminen on perin mutkikasta ja siihen vaaditaankin kärsivällisyyttä sekä tarkkoja laitteita. Neutriinot ovat varauksettomia hiukkasia ja käytännössä vaikuttavat vain heikon vuorovaikutuksen välityksellä, jonka seurausta beetahajoaminenkin on. Eräs omasta mielestäni mielenkiintoinen tapa tutkia neutriinoja on Tšerenkovin säiteilyn avulla. Esimerkkinä tällaisen tutkimustavan hyödyntämisestä on japanilainen Super Kamiokande -ilmaisin, joka on suuri vesitankki ympäröitynä valomonistinputkilla. Kun neutriino törmää vesimolekyyliin, se irrottaa siitä elektronin, joka pamahtaa liikkeelle ylivalonnopeudella luovuttaen kuitenkin ylimääräenergian nopeasti sähkömagneettisena säteilynä. Tämä ei tarkoita, että elektroni ylittäisi valonnopeuden tyhjiössä, joka on n. 299 800 000 m/s, vaan sitä, että se ylittää valonnopeuden vedessä, joka on n. 75 % valonnopeudesta tyhjiössä.

Viime vuoden lopulla tutkimus, jossa hyödynnettiin OPERA-laitteistoa antoi ymmärtää hieman yllättäen, että neutriinot voisivat ylittää valonnopeuden tyhjiössä. Tulosta on kritisoitu eri perustein ja tämän vuoden alkupuolella samanlainen testi, joka tehtiin ICARUS-laitteistolla, ei tuottanut samanlaisia havaintoja. Suhteellisuusteorian valossa olisikin perin kummallista, jos massallinen hiukkanen olisi pyyhältänyt ylivalonnopeutta. Joka tapauksessa massallisen hiukkasenkin ylivalonnopeutta porhaltaminen olisi ehkä selitettävissä mikroulottuvuuksilla tai suhteellisuusteorian korjauksilla, jotka olisivat kuitenkin oma tarinansa.

Neutriinoja voidaan todennäköisesti myös hyödyntää perin mullistavasti tulevaisuudessa. Muutama viikko sitten Pohjois-Carolinan yliopistosta tiedotettiin onnistuneesta tiedonsiirrosta neutriinojen avulla. Neutriinot olisivat erittäin hyödyllisiä tähän tarkoitukseen, koska ne läpäisevät maapallonkin leikiten ja siten meidän ei enää tarvitsisi turvautua satelliitteihin. Maapallon ympärys on pullottanut täynnä avaruusromua jo ties kuinka pitkään ja olisi vain ajan kysymys, kunnes emme yksinkertaisesti pystyisi lähettämään mitään avaruuteen törmäyttämättä sitä avaruusromuun. Neutriinot olisivat ideaali ratkaisu tähän. Ainoaksi ongelmaksi muodostuu se, että tiedonsiirto neutriinoilla vaatii massiivisen neutriinogeneraattorin ja neutriinovastaanottimen. Tällaisten pystyttäminen ympäri maapalloa vaatisi paljon aikaa ja rahaa, joista suurimpana ongelmana jälkimmäinen. Ehkä jossain hamassa tulevaisuudessa kuitenkin?

Reilu parikymmentä vuotta sitten ehdotettiin neutriinojen olevan selitys pimeälle aineelle. Pimeä aine on ainetta, joka ei vuorovaikuta sähkömagneettisen säteilyn kanssa. Käytännössä se tarkoittaa, että sitä ei siis voida suoraan nähdä. Neutriinojen luonne on siinä mielessä perin samanlainen, mutta tiettyjä kysymyksiäkin herää. Neutriinoilla on erittäin suuri nopeus, jonka perusteella voisi arvioida niiden olevan levittäytynyt tasaisesti maailmankaikkeuteen. Pimeä aine kuitenkin tuntuu epäsuorien havaintojen perusteella kasautuvan tiettyihin paikkoihin.

Jos katsotte blogin kuvaa, niin ette näe neutriinoja, mutta kuvan ottamishetkellä miljardit neutriinot suhahtivat kameran linssin edestä. Kaiken kaikkiaan aika kummallisia nuo neutriinot. Ymmärrämme niitä varsin hyvin kuitenkin nykyään, mutta se lopullinen totuus on aina siellä jossain.