Határtalan neutrínók Trócsányi Zoltán Eötvös Loránd Tudományegyetem és MTA-DE Részecskefizikai Kutatócsoport HTP utótalálkozó Budapest 218. december 8
Mottó A tudománynak azonban, hogy el ne satnyuljon, nem szabad gyakorlati célokat szem előtt tartani. Albert Einstein Az életnek azonban, hogy el ne satnyuljon, nem szabad gyakorlati célokat szem előtt tartani. TZ 2
Wolfgang Pauli jóslata béta-bomlásban látszik: n () p (+1) + e ( 1) energia lendület perdület megmaradása megköveteli egy további részecske keletkezését n () p (+1) +e ( 1) +anti-ν e () Wolfgang Pauli (19-1958) a Pauli kizárási elv felfedezéséért Marx György: a leptonszám megmarad
Csikai-Szalay kísérlet (1956) n () p (+1) + e ( 1) + anti-νe () elemi szinten: d ( 1/3) u (+2/3) + e ( 1) + anti-νe ()
Csikai-Szalay kísérlet (1956) ma az Atomki az Európai Fizikai Társulat történelmi emlékhelye
Elemi részecskék és kölcsönhatásaik Az anyagi részecskék három családja (fermionok) I II III tömeg töltés spin név 2,3 MeV/c 2 ⅔ ½ u u-kvark 1,27 GeV/c 2 ⅔ ½ c c-kvark 173 GeV/c 2 ⅔ ½ t t-kvark 1 foton γ 125 GeV/c 2 H Higgsbozon Kvarkok 4,8 MeV/c 2 d d-kvark -⅓ ½ 95 MeV/c 2 s s-kvark -⅓ ½ 4,2 GeV/c 2 b b-kvark -⅓ ½ 1 g gluon neutrínó ízek Leptonok <2,2 ev/c 2 ν ½ e ν ½ µ,511 MeV/c 2 e -1 elektron <,17 MeV/c 2 elektronneutrínó müonneutrínó 15,7 MeV/c 2 µ ½ ½ <15,5 MeV/c 2 ½ ν τ tauneutrínó 1,777 GeV/c 2-1 -1 ½ τ müon tau 91,2 GeV/c 2 Z 1 Z-bozon 8,4 GeV/c 2 ± 1 1 W ± W-bozon Bozonok (kölcsönhatások)
Neutrínó-anyag kölcsönhatás a neutrínók csak a radioaktivitásért felelős gyenge erőt érzik: százezer neutrínó közül csak egy akad fenn a Földön (1274 km), a többi áthalad 12,74 m-en a fennakadás valószínűsége 1-11, tehát 1 12 neutrínónak kell a detektoron áthaladni ahhoz, hogy néhány ütközzön a detektor anyagával reaktor közelében van ilyen sok neutrínó: anti-νe () + p (+1) n () + e (+1) e + + e - 2γ n+cd Cd*+γ
Neutrínók észlelése Detektoraink az elektromos erőt érző, vagy a nehéz részecskéket észlelik β-bomlás elemi szinten: d ( 1/3) u (+2/3) + e ( 1) + anti-νe () megfordítva, elemi szinten: észlelt részecskék szintjén: töltéscserével (töltött áram kölcsönhatás): νe () +d (-1/3) u (+2/3) + e ( 1) νe () +d p (+1) + p (+1) + e ( 1) anti-νe () +u (+2/3) d (-1/3) + e (+1) anti-νe () +p (+1) n () + e (+1) νµ () +d (-1/3) u (+2/3) + µ ( 1) ν μ () +d p (+1) + p (+1) + μ ( 1) töltéscsere nélkül (semleges áram kölcsönhatás): νx () +d (-1/3) /u (+2/3) d (-1/3) /u (+2/3) + νx () νx () +d p + n + νx ()
Reines-Cowan kísérlet (1956) Savannah riveri atomreaktor közelében CdCl2 oldattal töltött tartály: hatáskeresztmetszet: mért: 6,3 1 48 m 2 számolt: 6 1 48 m 2
A 1995. évi fizikai Nobel díj Frederick Reines (1918-1998) a neutrínó létezésének közvetlen kimutatásáért
Davis kísérlete (1968-1993) Homestake aranybányában (148m felszín alatt) 615 t perklóretilénnel töltött tartály: Eseményszám egysége: 1 SNU = 1 esemény/1 36 Cl mag/sec eseményszám: mért: 2,56 ±,23 SNU (17 Ar/7 nap) becsült: 8,2 ± 1,8 SNU Nap-neutrínó rejtély
A 22. évi fizikai Nobel díj Raymond Davis Jr. Masatoshi Koshiba (1914-26) (1926-) a kozmikus eredetű neutrínók észleléséért
Cserenkov-sugárzás Cserenkov-fény hullámfront
Kamiokande-II detektor Discovery of of neutrino neutrino oscillations oscillations Discovery A nagy PM csövek alkamasak elektron és müon által keltett Cserenkov-kúp megkülönböztetésére: megerősítette a Napneutrínó hiányt Discovery of neutrino oscillations 1621 1621 Super-Kamiokande Super-Kamiokande Run 33 33 Event Event 28742 28742 Run 96-1-21:1:5:45 96-1-21:1:5:45 Inner: 24 24 hits, hits, 4749 4749 pe pe Inner: Outer: 22 hits, hits, 11 pe pe (in-time) (in-time) Outer: Trigger ID: ID: x3 x3 Trigger wall: 1243. 1243. cm cm DD wall: FC e-like, e-like, pp == 571. 571. MeV/c MeV/c FC elektronneutrínó elektronzápor Time(ns) Time(ns) 95 << 95 95-955 955 9595596 955-96 96-965 965 9696597 965-97 97-975 975 97975-98 98 97598985 98-985 985-99 99 98599995 99-995 995-1 995-1 1-15 1-15 15-11 15-11 11-115 11-115 115-12 115-12 >12 >12 1615 76 76 elektron 68 68 456 456 34 34 152 152 5 5 1 1 15 15 2 2 Times Times (ns) (ns) Super-Kamiokande Super-Kamiokande Run 311 Event 2195 Run 311 Event 2195 müonneutrínó 96-1-24:7:44:11 96-1-24:7:44:11 Inner: 811 hits, 2338 pe Inner: 811 hits, 2338 pe Outer: hits, pe (in-time) Outer: hits, pe (in-time) Trigger ID: x3 Trigger ID: x3 D wall: 913.7 cm D wall: 913.7 cm FC mu-like, p = 466.4 MeV/c FC mu-like, p = 466.4 MeV/c müon Time(ns) Time(ns) < 972 < 972 972-976 972976 976-98 97698-98 984 98984-984 988 984988-988 992 988992-992 996 992996 996-1 996-1 1-14 1-14 14-18 14-18 18-112 18-112 112-116 112-116 116-12 116-12 12-124 12-124 124-128 124-128 >128 >128 21 21 168 168 126 126 müon 84 84 42 42 5 5 1 1 Times (ns) Times (ns) 15 15 2 2
Légköri neutrínók rejtélye kozmikus részecske νμ + anti-νμ νe + anti-νe = 2 adat elmélet elektron események 93, ± 9, 6 88,5 müon események 85, 2 ± 9, 2 144,
A rejtélyek magyarázata az ízrezgés a neutrínók repülésük közben egymásba alakulnak 1% n m kis távolságon nincs átalakulás a Föld átmérõje nagy távolságon 5%-os eséllyel átalakul a neutrínó x m 5% n / 5% n q = 45 Dm = (,1 ev/ c ) E = 2 GeV n 2 2 2 θ = 45 1% n x 1 1 1 2 1 3 1 4 neutrínó repülési úthossza (km)
A 215. évi fizikai Nobel díj Takaaki Kajita Arthur B. McDonald a neutrínó-ízrezgés felfedezéséért, ami bizonyítja, hogy a neutrínóknak van tömegük
vége