Solneutrinerna frustrerar forskarna

av Ragnhild Artimo Forum 1996-08, sida 24-25, 29.08.1996

Taggar: Personer: Matts Roos

frustre arna genom att oskillera, byta iden titet? Finns det fler än de tre neutri nerna i elementarpartikelfamiljen? Det är några av de frågor som i juni samlade nära 300 neutrinoforskare från ett tjugotal fänder till världskonferensen Neutrino 96 i Helsingfors. Den celebra deltagarskaran inkluderade neutrinogurun John Bahcall från Princeton och två fysiknobelister, Rudolf Mössbauer (1961) och elektronneutrinons upptäckare Frederick Reines (1995;se Forum nr 14/95).

Att konferensen som arrangeras vartannat år denna gång hölls i Finland får tolkas som en eloge till den finländska neutrinoforskningen, som profilerat sig väl ute i världen. ”Konferenslandet utses av en kommitté av toppforskare på området, och Finland konkurrerade på slutrakan med Frankrike om äran”, berättar professor Matts Roos som är chef för högenergilaboratoriet vid Helsing

Ragnhild Artim ar forskarna

JAKTEN PÅ ”SPÖKPARTIKELN? NEUTRINON TRAPPAS UPP. MÄTRESULTATEN SKÄRPER MOTSÄTTNINGEN MELLAN

TEORI OCH OBSERVATIONER.

NYCKELFRÅGAN GÄLLER NEUTRINONS MASSA OCH EVENTUELLA OSKILLATION.

fors universitets fysikaliska institution. Roos, vars personliga kontaktnät inom ramen för globala Particle Data Group sedan tre decennier inte var utan betydelse i sammanhanget, var ordförande för organisationskommittén, och framhåller att värdskapet rimmar väl med Finlands fem år gamla medlemskap i europeiska kärnforskningscentret CERN.

Partiklar på vift Neutrinokonferensen i juni markerade 40årsjubiléet av elektronneutrinons upptäckt (Reines och Clyde L. Cowan). Ett av de stor frågetecknen i neutrinoforskningen tar neutrinerna från Solen vägen? Det s.k. solneutrinoproblemet har i åratal gäckar fy kerna, och definierades redan på 60-alet.

Enligt kalkyler som först presenterades av Bahcall genererar fusio — där det lättaste grundämnets atomer, atomerna, klumpar ihop sig till de nä heliumatomer. i en kärnfusion som i förhållanden kopierats i biprodukt två neutriner per fusionsskapad heliumkärna. Neutrinerna slungas ut i rymden med ljusets hastighet. Omkring 7 procent av den energi som emitteras från Solen utgörs av detta neutrinoflöde.

På basen av Solens massa och den fortgående ‘vätebombsprocessen’ borde neutrinoflödet vara 2 X 10" (en tvåa och trettioåtta nollor!) neutriner per sekund. Men enligt de färskaste mätresultaten har man registrerat bara 51 procent av det kalkylerade antalet neutriner.

Är den sk. solmodellen — formeln fö processerna i Solen — felaktig? Detta kan sannolikt uteslutas: man känner exakt $olens massa och hur mycket energi som produceras i vår närstjärna, och kan på basen av detta räkna ut hur många neutriner som skall förekomma per energienhet.

Inom elementarpartikelfamiljen räknar man med tre slag av naturliga neutriner: elektronneutrinon, myonneutrinon och tauneutrinon. Det är elektronneutriner som emitteras vid Solens fusionsproces: ner en del av neutrinerna innan de når Jorden? Varför — och vart? Eller ändrar de egenskaper under den 8 sekunder långa färden, och undgår på det sättet identifiering i detektorerna?

GALLEX gav större ”svinn”

Av de cirka femtio for: gsrapporterna som presenterades under den sex dagar långa konferensen anser professor Roos den viktigaste vara presentatione ium EXperiment. GALLEX-mätningarna st tade 1992 och detektorn är installerad i en motorvägstunnel genom berget Gran Sasso öster om Rom ”De nyaste resultaten från GALLEX, som utnyttjat den mest avancerade tekniken av de nuvarande neutrinodetektorerna siffror för redovisade solneutriner säger han. Tidigare GALLEX-mätningar siffran 75 procent solneutriner av beräknade totalantalet, nu korrigeras siffran ner till 51 — alltså “försvinner 49 procent”.

Homestake-experimentet, som pågått i tre decennier i en guldgruva i South Dakota, USA, har gett som ‘svinn’ 72 procent och japanska nu avslutade Kamiokande har gett svinnet 58 procent. Kamiokande-experimen tets höjdpunkt var registrerandet av 19 (r ton) neutriner från exploderande supernovan Sanduleak (SN 1987 4) i Stora Magellanska Molnet 170 000 ljusår från oss. Neutrinoemissionen från fyrverkeriet var under några sekunder ca 107. Kamiokande ersätts nu av uppgraderade Superkamiokande som kört L4 och väntas ge preciserade siffror från observationer av nya supernovor. Stora förhoppningar ställs nu också på Sudbury Neutrino Observatory , som byggs i Ka nada och kör igång 1997 (se nästa uppslag). En förklaring till att ett alltför litet antal elektronneutriner från Solen registreras kunde vara oskillation: en del av elektronneutrinerna förvandlas till myon- eller tauneutriner innan de når detektorerna på Jorden. Det finns oskillationsalternativ, säger Roos: ”Den mindre omfattade hypotesen är s.k. vakuumoskillation, att partikeln förindras under färden från Solen till Jorden. Den me “Den viktigaste rapporten vid neutri konferensen var att färska data från GALLEX rentet ger ‘svinnet’ 49 procent 1 neutrinerna”. säger professor Matts Rc Helsingfors universitet.

omfattade möjligheten är oskillation i Sölens inre i ett område med egenskaper som gör att neutrinon byter identitet”.

Oskillation i Los Alamos r att neutrinon skall kunna oskillera måste den emellertid ha en massa, vilket standardmodellen inte predikterar. Ett forskarteam vid Los Alamos National Laboratory (labbet där Manhattan-projektet i tiden utformar porterade senaste år sig ha upptäckt oskillation av elektronneutriner till myonneutriner. Om upptäckten — som mötts av en del skepsis — visar sig vara riktig, d.v.s. besty av ett annat forskarteam och helst också ett tredje, är det samtidigt ett bevis för att neutrinerna har en massa. Myonneutrinons massa skulle enligt Los Alamos vara fem miljondelar av elektronens massa som är 0,51 MeV, megaelektronvolt.Det ryska Troitsk-experimentet har gett maximivärdet 3,5 eV för den lättaste neutrinon, elektronneutrinon, och Aleph-experimentet vid CERN max 23,1 MeV (megaelektronvolt) som ma för den tyngsta, tauneutrinon.

id Neutrino 96 presenterade bl.a. professor Rabindra Mohapatra olika teoretiska modeller för neutriners massa, men konstaterade att ingen av de nuvarande enhets teorierna heltäckande lyckas förklara de experimentresultat man fått; en ny teori behövs, Hans kandidat är existensen av et ha något avvikande naturlagar bl.a. genom att enda grundämnet där skulle vara väte, det lättaste grundämnet.

Solneutrinoproblemet kan också förklaras med s.k. precession, säger Roos: