Hypotetisk partikkelkalender: 11. desember – Sterile nøytrinoer

Hvilke partikler finnes i naturen? Vi vet om en hel del – men vi vet også at det må være flere igjen å finne. [Bilde: http://www.particlezoo.net]

Sterile nøytrinoer – de stille goth-barna  bakerst i klassen?

Vi vet i dag omtrent hvilke partikler naturen består av. Samtidig er det mange mysterier igjen å forstå, og flere av dem antyder at det finnes enda flere partikler der ute enn de vi har oppdaget hittil. Men hvilke? Hva slags egenskaper må de ha, hvordan kan de lages, og ikke minst hvordan kan de eventuelt oppdages? I den stille adventstid gir kollokvium deg en hypotetisk partikkel hver dag, og ser fremover mot de store oppdagelsene fysikere kan håpe å gjøre i årene som kommer.

Nøytrinoer ble opprinnelig foreslått som en hypotetisk partikkel for å redde energibevaring (se luken 1. desember). De ble senere oppdaget, og har blitt en viktig del av moderne fysikk. Standardmodellen for partikkelfysikk inneholder tre nøytrinoer: Elektron-nøytrinoet, myon-nøytrinoet og tau-nøytrinoet. Les mer om dem f.eks. her.

Lenge var nøytrinoene enkle, pene og vel forstått. I følge standardmodellen har de ikke masse, og det fører til at vi kan forutsi en del andre ting om dem også. Partikler har mange egenskaper vi kan måle, og et par av de mindre kjente men likevel viktige kalles «helisitet» (helicity – blant fysikkstudenter gjerne kalt hell-icity siden den kan være h**vetes vanskelig å regne på…) og «kiralitet» (chirality, eller hendthet). Er partikler masseløse er det greit å forutsi hva slags kiraliteter og helisiteter de skal ha, og det som var obsertvert for nøytrinoer var det man forventet ut fra teorien.

Maskiner som skal oppdage nøytrinoer er blant de vakreste innen moderne fysikk.

…men så skjedde det noe i 1998. Flere eksperimenter klarte å måle at nøytrinoene har masse likevel! Den er bitteliten og betyr veldig lite i den store sammenhengen, men likevel: Den er der, og det er grunnleggende viktig. Massive nøytrinoer er egentlig et brudd på standardmodellen slik den står i dag, og et hint om at det kan finnes ny fysikk der ute som vi enda ikke har helt kontroll på.

Å utvide standardmodellen slik at nøytrinoene kan ha en masse er relativt greit. Det som derimot ikke er så greit er disse to spørsmålene:

  1. Hvorfor har nøytrinoene en så liten masse? Hvis de nå først skal ha en så er det ingen opplagt grunn til at den skal være så forsvinnende liten. Slike spørsmål opptar fysikere…
  2. Siden de nå har en masse så dukker det opp flere muligheter for kiralitet og helisitet. Disse passer inn i teorien i form av nye partikler, men vi har til i dag ikke sett noen partikler som har slike egenskaper. Dette opptar også fysikere.

Her dukker dermed de «sterile nøytrinoene» opp, som en mulig løsning både på begge problemene over og på et til i tillegg – mørk materie.

Ideen er at det finnes ekstra nøytrinoer – eventuelt varianter av nøytrinoene vi alt har sett – som har de hittil uobserverte kiralitetsegenskapene. Samtidig har de egenskaper slik at de ikke merker den sterke kjernekraften (som alle nøytrinoer), ikke merker den elektromagnetiske kraften (igjen som alle nøytrinoer) og heller ikke merker den svake vekselvirkningen. De merker altså ingen av de tre sterkeste naturkreftene, og kalles derfor for sterile. De «kobler seg ikke» til noen av kreftene. Tyngdekraften merker de derimot, men å oppdage partikler ved bare tyngdekraften er så og si umulig.

…med mindre de er veldig tunge da, for i såfall ville de kunne utgjøre en del av den savnede mørke materien (se innlegget 10. desember). Og det er akkurat dette teorien sier at de kanskje er. Teoretikere har foreslått en utvidelse av standardmodellen med en mekanisme som får nøytrinoer med én kiralitet til å bli veldig lette (som de vi alt kjenner) og de med motsatt kiralitet til å bli veldig tunge. Dette løser alle flokene på en gang. Smart, ikke sant?

Jo – hvis det da er sant. For å bevise det må vi først finne sterile nøytrinoer, noe som slett ikke er lett. De kan kanskje lages ved dagens eller morgendagens partikkelakseleratorer, men vi vil i såfall bare «se» dem som energi som forsvinner fra eksperimentene. Vi ser dem kanskje i form av mørk materie, men hvordan kan vi i såfall finne ut at det er akkurat sterile nøytrinoer de er? Det finnes noen muligheter, men ingen av dem er spesielt enkle. Likevel foregår det aktiv leting etter sterile nøytrinoer i dag, så igjen får tiden vise om de dukker opp eller ikke.

Legg igjen en kommentar

Fyll inn i feltene under, eller klikk på et ikon for å logge inn:

WordPress.com-logo

Du kommenterer med bruk av din WordPress.com konto. Logg ut / Endre )

Twitter picture

Du kommenterer med bruk av din Twitter konto. Logg ut / Endre )

Facebookbilde

Du kommenterer med bruk av din Facebook konto. Logg ut / Endre )

Google+ photo

Du kommenterer med bruk av din Google+ konto. Logg ut / Endre )

Kobler til %s