Χρονολογικά γεγονότα στην Φυσική του νετρίνο

Άρθρο, Νοέμβριος 2002

1930

Wolfgang PauliΣε ένα γράμμα του προς  τους συμμετέχοντες ενός συνεδρίου για τη Φυσική στο Τubingen της Γερμανίας, ο  Wolfgang Pauli προτείνει σαν μια "απεγνωσμένη δικαιολόγηση" των προβλημάτων που ανέκυψαν στις διασπάσεις- β, την ύπαρξη ενός νέου ουδετέρου σωματιδίου. Το νέο άγνωστο σωματίδιο  εξηγεί την φαινομένη μη διατήρηση της ενέργειας στις αποσυνθέσεις της ακτινοβολίας. Κατά τη διάρκεια των επόμενων πέντε ετών, επιστήμονες εργάστηκαν λεπτομερώς πάνω στην θεωρία του Pauli και συμπέραναν ότι το νέο σωματίδιο πρέπει να αλληλεπιδρά πολύ ασθενικά και να είναι εξαιρετικά ελαφρύ.

1933

Enrico FermiΟ Enrico Fermi προτείνει το όνομα "νετρίνο" (υποκοριστικό του νετρονίου στα Ιταλικά) για το θεωρητικώς ανακαλυφθέν σωματίδιο του Pauli. Ο Fermi επεξεργάστηκε την κβαντική θεωρία της ασθενούς αλληλεπίδρασης μεταξύ σωματιδίων, στην οποία το νετρίνο παίζει ένα σπουδαίο ρόλο.
Μεταξύ άλλων και τη β-διάσπαση
AZ X   --->  ΑΖ+1Ψ + e- με χαρακτηριστικά παραδείγματα τον μετασχηματισμό του άνθρακα σε άζωτο, του καλίου σε ασβέστιο, του χαλκού σε ψευδάργυρο και του τριτίου σε ήλιο. 
Σήμερα παραδεχόμαστε ότι το σωματίδιο που συνοδεύει την ανωτέρω διάσπαση ονομάζεται αντινετρίνο του ηλεκτρόνιου.

1956

Frederick ReinesΔύο Αμερικανοί επιστήμονες, ο Frederick Reines και Clyde Cowan, ανέφεραν την πρώτη απόδειξη ύπαρξης του νετρίνο.
Χρησιμοποιούν ένα αντιδραστήρα διάσπασης σαν πηγή των νετρίνων και ένα καλά προστατευτικό σπινθηριστή, ανιχνευτή πλησίον του για να τα ανιχνεύσει
.

1957

Ένας Ιταλός φυσικός, ο Bruno Pontecorvo, ζώντας στην τότε ΕΣΣΔ, σχηματίζει μια θεωρία για τις "ταλαντώσεις" του νετρίνο. Δείχνει πως εάν υπάρχουν διαφορετικά είδη νετρίνων, αυτά κάλλιστα δύνανται να ταλαντώνονται ανάμεσα σε διαφορετικά είδη νετρίνων.

1958

Ο Maurice Goldhaber, ο Lee Grodzins, και ο Andrew Sunyar στο Brookhaven National Laboratory αποδεικνύουν ότι το νέο νετρίνο έχει αριστερόστροφη περιστροφή, εννοώντας ότι αυτό περιστρέφεται κατά μήκος της κατεύθυνσης κίνησης του,  αριστερόστροφα.
Αυτό το πείραμα βοηθάει στην διάκριση μεταξύ διαφορετικών τύπων της ασθενούς αλληλεπίδρασης.

1962

J. Steinberger, K. Goulianos, J. Gaillard, N. Mistr, G. Danby,W. Hayes, L. Lederman, and M. SchwartzΜία ομάδα επιστημόνων από το Πανεπιστήμιο Columbia και το Brookhaven National Laboratory εκτέλεσαν το πρώτο πείραμα νετρίνο με επιταχυντή   και απέδειξαν την ύπαρξη δύο κατηγορίες νετρίνων, το νετρίνο ηλεκτρονίου, νe, και το νετρίνο μιονίου, νμ. Το 1987, ο Jack Steinberger, Leon Lederman, και ο Mel Schwartz κερδίζουν το βραβείο Nobel για αυτή την ανακάλυψη.

1967

O Φυσικός Weinberg, θεώρησε ότι σε ενέργειες πάνω από 100 Gev, υπάρχει μια συμμετρία, όπου τα ηλεκτρόνια και τα νετρίνα τους νe θεωρούνται ένα σωμάτιο ως προς τις ασθενείς αλληλεπιδράσεις. Το ίδιο υπέθεσε για τα άλλα ζεύγη λεπτονίων, το μεσόνιο (μ) και το νετρίνο του νμ καθώς και το ταυ (τ) με το νετρίνο του ντ.

1968

Σε ένα πείραμα βαθιά κάτω από τη Γη, το οποίο έγινε σε ένα ορυχείο στην Νότια Ντακότα, γίνεται η πρώτη παρατήρηση των ηλιακών νετρίνων. Αλλά οι πειραματιστές βλέπουν πολύ λιγότερα νετρίνα από ό,τι πρόβλεπε το ηλιακό μοντέλο. Συγκεκριμένα διαπιστώνεται ότι μόνο τα μισά από τα νετρίνο που παράγονται στον Ήλιο παρατηρούνται στη Γη, κι έτσι το νετρίνο γίνεται κι Αστρονομικό πρόβλημα, με την "Αστρονομία νετρίνων"

1973

A neutral current event observed in the Gargamelle bubble chamber at CERNΜια διεθνής ομάδα που εργάζεται στο CERN, χρησιμοποιεί ένα θάλαμο φυσαλίδων για να παρατηρήσει το πρώτο παράδειγμα ενός γεγονότος "ουδετέρου ρεύματος". Η παρατήρηση αυτής της νέας αντίδρασης αποδεικνύει σθεναρά την ενοποίηση των ηλεκτρομαγνητικών και ασθενών αλληλεπιδράσεων, που είχε ανακαλυφθεί λίγα χρόνια νωρίτερα από τους Sheldon Glashow, Abdus Salam, και Steven Weinberg. Σύντομα, επιστήμονες στο Fermilab επιβεβαίωσαν αυτή την ανακάλυψη.

1975

Stanford Linear Accelerator CenterΈνα νέο λεπτόνια το ταυ (τ), ανακαλύπτεται  από μια ομάδα καθοδηγούμενη από τον φυσικό Martin Perl στο κέντρο SLA (Stanford Linear Accelerator). Πειράματα επιβεβαιώνουν ότι πρέπει να υπάρχει και ένα τρίτο είδος νετρίνο, το ταυ νετρίνο τ). Το 1995, ο Perl και ο Reines κερδίζουν το βραβείο Nobel για αυτή την ανακάλυψη τους.

1980

Σε πειράματα, που έγιναν σε υπόγειες στοές, άρχισαν να ψάχνουν για νετρίνα. Στα πειράματα αυτά, όπως το Kamiokande,  παρατήρησαν αυτό που ονομάστηκε "ανωμαλία ατμοσφαιρικών νετρίνο". Λόγω της ανωμαλίας αυτής ο λόγος του παρατηρούμενου αριθμού των μιονικού τύπου προς ηλεκτρονικού τύπου νετρίνο είναι μικρότερος από τον αναμενόμενο αριθμό 2. Το φαινόμενο αυτό δεν οφείλεται σε ακτινοβολία υποβάθρου αλλά σε νέα "θεωρία φυσικής"

1985

Μια ομάδα Ρώσων Φυσικών υπαινίσσεται ότι το νετρίνο έχει μάζα. Μέχρι τότε η Θεωρία υποστήριζε ότι το νετρόνιο ήταν άμαζο όπως και το φωτόνιο.

1987

Μεγάλοι υπόγειοι ανιχνευτές σε δεξαμενές με νερό στο ορυχείο Kamioka της Ιαπωνίας καθώς και στο αλατωρυχείο  Morton των ΗΠΑ, ανιχνεύουν τα πρώτα νετρίνα από το supernova, SN1987A.

1989

Πειράματα στο CERN και στο Stanford δείχνουν πως μπορεί να υπάρχουν μόνο τρία είδη νετρίνων. Έτσι το νe, νμ, και ντ πρέπει να συμπληρώνουν αυτή τη τάξη των σωματιδίων. Οι κατευθείαν μετρήσεις επαληθεύουν ισχυρές προηγούμενες υποθέσεις  που βασίζονταν στις κοσμολογικές μετρήσεις.

1998

Super Kamiokande experimentΣτο συνέδριο του '98 για το νετρίνο στην Ιαπωνία, φυσικοί από το πείραμα του Super-Kamiokande παρουσιάζουν νέα δεδομένα για το έλλειμμα στα νετρίνα μιονίων που παράγονται στην ατμόσφαιρα της Γης. Τα πειραματικά δεδομένα δείχνουν ότι το έλλειμμα  μεταβάλλεται ανάλογα με την απόσταση που κινούνται τα νετρίνα -ένδειξη πως τα νετρίνα ταλαντώνονται κι έχουν μάζα.
Επίσης μια ομάδα Ιαπώνων και Αμερικανών φυσικών ανακοινώνει ότι ένα νετρίνο έχει μάζα 0.07 eV, σε αντίθεση με το Καθιερωμένο Μοντέλο που δέχεται μηδενική μάζα για το νετρίνο.

2000

DONUT experimentΗ ομάδα DONUT (Direct Observation Neutrino Tau) αναφέρει στις 25 Ιουλίου την πρώτη απόδειξη για την ύπαρξη του ταυ νετρίνο ντ.
Η ομάδα DONUT εξαπέλυσε μια πυκνή δέσμη νετρίνων, που ανέμεναν να περιέχουν τ-νετρίνα, σε ένα στόχο που αποτελείται από σιδερένιες φέτες με στρώματα φωτογραφικού γαλακτώματος ανάμεσα τους. Με αναλογία ένα τ-νετρίνο στο ένα τρισεκατομμύριο,  τα τ-νετρίνα αλληλεπίδρασαν με τους πυρήνες του σιδήρου για να παραχθεί ένα τ-λεπτόνιο, που ανιχνεύεται από το λεπτό ίχνος που αφήνει πάνω στο φωτογραφικό γαλάκτωμα. Έτσι από το ίχνος του τ-λεπτονίου καταλαβαίνουμε την ύπαρξη του τ-νετρίνο. Η ομάδα αυτή απομόνωσε μόνο τέσσερις τροχιές (ίχνη) από 100 τρις με μία αλλαγή στην κατεύθυνσή της, που δείχνει ότι το τ-νετρίνο διασπάσθηκε λίγο χρονικό διάστημα μετά τη δημιουργία του.
Αν και το πείραμα έτρεξε για μερικές εβδομάδες μόνο, πολύ λίγος χρόνος για να συλλεχθούν πειστικά δεδομένα, επιστήμονες λένε ότι υπάρχουν ενδείξεις για ταλάντωση, στους αριθμούς αυτούς. Συγκεκριμένα με τη ταλάντωση μετασχηματίζονται τα νετρίνα μιονίων σε νετρίνα ταυ.
Αν και είμαστε μακριά από την πλήρη εικόνα της φυσικής του νετρίνο, η νέα ανακάλυψη δημιουργεί περισσότερα ζητήματα, όπως για την μάζα του, και εάν αυτό αντιδράει διαφορετικά από τα άλλα νετρίνα. Οι απαντήσεις σε αυτές τις ερωτήσεις έχουν μεγάλη σπουδαιότητα στην Κοσμολογία αν αποδειχθεί ότι η σκοτεινή ύλη (ελλείπουσα μάζα του Σύμπαντος) είναι το νετρίνο καθώς και στην Αστροφυσική, γιατί τα νετρίνα συμμετέχουν στον τρόπο που η ενέργεια παράγεται και μεταφέρεται στις εκρήξεις supernova.

2001

Αμερικανοί, Βρετανοί και Καναδοί επιστήμονες, που εργάζονταν στο Παρατηρητήριο Νετρίνων στο Sudbury (SNO) στο Οντάριο του Καναδά, ισχυρίστηκαν ότι έχουν ανακαλύψει τι συμβαίνει με τα χαμένα ηλιακά νετρίνα. Τα επιπλέον νετρίνα δεν εξαφανίζονται αλλά μάλλον μετασχηματίζονται κατά το ταξίδι τους από τον Ήλιο στη Γη , μήκους 93.000.000 μιλίων, σε δύο άλλους τύπους νετρίνων, τα μ-νετρίνα και τα τ-νετρίνα. Ο Ήλιος δεν διαθέτει αρκετή ενέργεια για την παραγωγή των δύο τελευταίων τύπων νετρίνων. Προκειμένου να μετρήσουν τα e- νετρίνα που φθάνουν στη γη, η ομάδα του SNO κατέγραψε μικροσκοπικές λάμψεις φωτός, που παράγονται όταν τα σωματίδια αλληλεπιδρούν με τα μόρια βαρέως ύδατος - δηλαδή νερού στο οποίο τα άτομα υδρογόνου έχουν αντικατασταθεί από άτομα δευτερίου.

2002

Το νετρίνο το πολύ-πολύ μπορεί να αποτελεί κάτι λιγότερο από το ένα πέμπτο της σκοτεινής ύλης στο Σύμπαν. Αυτό είναι το συμπέρασμα που βγήκε από τους αστρονόμους στο Κέιμπριτζ, οι οποίοι χρησιμοποίησαν στοιχεία από το Άγγλο-Αυστραλιανό τηλεσκόπιο 2dF Galaxy Redshift Survey (2dFGRS). Τα αποτελέσματα παρουσιάστηκαν από τον Δρ Ofer Lahav του Πανεπιστημίου του Κέιμπριτζ στη συνεδρίαση της Βρετανικής Εθνικής Αστρονομίας στο Μπρίστολ της Αγγλίας.

2002

Ερευνητές των νετρίνων για μια φορά ακόμη βραβεύονται με το βραβείο Νόμπελ Φυσικής. Αυτοί είναι οι Raymond Νταίηβις Junior του τμήματος Φυσικής και Αστρονομίας στο Πανεπιστήμιο της Πενσυλβανίας και ο Masatoshi Koshiba, του Διεθνούς Κέντρου για τη στοιχειώδη σωματιδιακή φυσική στο Πανεπιστήμιο του Τόκιο, για τις συνεισφορές τους στην αστροφυσική και ειδικότερα στην ανίχνευση νετρίνων στην κοσμική ακτινοβολία.

Οι δύο αστροφυσικοί, που μοιράστηκαν το μισό βραβείο Νόμπελ 2002 (500.000 €), πραγματοποίησαν, κατά τα τελευταία έτη πειράματα σε γιγαντιαίες δεξαμενές που βρίσκονταν σε μεγάλο βάθος για να ανιχνεύσουν τη διέλευση αυτών των σωματιδίων, τα οποία περνούν μέσω του νερού των δεξαμενών, συνεχώς και κατά χιλιάδες δισεκατομμυρίων.