Mittaamista välttelevä haamuhiukkanen on punnittu

Lähes kaiken läpäisevistä neutriinoista ei voi saada suoria havaintoja.

Neutriino ei jätä jälkeä hiukkastörmäyttimessä. Energian pieni ylijäämä silti kertoo haamuhiukkasen syntyneen. Piirros kuvaa Higgsin hiukkasen syntyä ja hajoamista. Neutriinoa kuvaa katkoviiva vasemmassa yläkulmassa. Piirros ei ole tuoreesta tutkimuksesta.

31.3. 2:00

Haamuhiukkaseksi sanotun neutriinon massa on mitattu tarkemmin kuin koskaan aikaisemmin.

Saksalaisen Karlsruhen teknologisen instituutin johtama kansainvälinen tutkimusryhmä laski, että neutriinon massa on enintään 0,8 elektronivolttia eli satoja tuhansia kertoja elektronin massaa pienempi. Tutkimuksen julkaisi Nature Physics -tiedelehti.

”Neutriinon massan määrittäminen on elintärkeää perusvuorovaikutusten, kosmologian ja astrofysiikan ymmärtämiselle sekä perimmäiselle kysymykselle siitä, mistä hiukkasten massa on ylipäätään peräisin”, sanoo yhdysvaltalaisen Pohjois-Carolinan yliopiston fyysikko John Wilkerson tiedotteessa.

Neutriinot ovat alkeishiukkasia ja ainetta sen kaikkein pienimmässä muodossa. Yhdessä muutaman muun alkeishiukkasten kanssa neutriinot muodostavat maailman kaiken aineen.

Pienen kokonsa vuoksi neutriinot pystyvät kulkemaan tavallisen aineen läpi lähes jälkeäkään jättämättä. Tästä johtuu myös niille annettu kutsumanimi haamuhiukkanen.

Neutriinon massaa on yritetty mitata jo vuosikymmenien ajan. Mittaaminen on kuitenkin hankalaa, koska neutriinot eivät juuri vuorovaikuta tavallisen aineen kanssa, eikä niistä siten voi saada suoria havaintoja.

Massaa mitatakseen tutkijat tarkastelivat radioaktiivisia tritium-isotooppeja, joiden hajotessa vapautuu elektroneja ja neutriinoja.

Vapautuvien elektronien energiaa mittaamalla tutkijat pystyivät arvioimaan myös jäljelle jäävien neutriinojen massan.

Kokeessa käytettiin 70 metriä pitkää Katrin-testilaitteistoa. Siihen kuuluu muun muassa maailman kattavin tritiumvarasto ja kymmenien metrien kokoinen spektrometri, jolla hajoamiselektronit voi mitata tarkasti.

Koe aloitettiin vuonna 2012, ja ensimmäiset tulokset julkaistiin vuonna 2019. Silloin neutriinon massan ylärajaksi mitattiin 1,1 elektronivolttia.

Mittaukset jatkuvat vuoteen 2024 asti. Tavoitteena on laskea haamuhiukkasen massa entistäkin tarkemmin.

Ennen Katrin-kokeita neutriinon massaa on arvioitu galaksien jakaumaa mittaamalla. Heikosti vuorovaikuttavat hiukkaset kiitävät tavallisen aineen läpi tasoittaen samalla maailmankaikkeuden kokkareisuutta.

Tätä tasoittavaa vaikutusta mittaamalla neutriinon massan ylärajaksi on määritelty noin 0,1 elektronivolttia.

Luku perustuu kuitenkin useisiin oletuksiin, joten spektrometrilla mitatut tulokset ovat tutkijoiden mukaan toistaiseksi luotettavampia.

Julkaistu Tiede-lehdessä 4/2022.

Osaston uusimmat

Luitko jo nämä?

Osaston luetuimmat