Neutriinosäteily

Neutriinot ovat alkeishiukkasia, joilla ei ole sähkövarausta ja joita on aikaisemmin pidetty massattomina. Nykyisin arvellaan, että niillä saattaa olla hyvin pieni lepomassa.

Neutriinoja syntyi alkuräjähdyksessä, ja lisää muodostuu tähtien sisällä tapahtuvissa ydinreaktioissa ja supernovaräjähdyksissä. Neutriinot vaikuttavat muun aineen kanssa vain heikon ydinvoiman välityksellä, ja siksi vuorovaikutus on erittäin heikkoa. Tähtien sisältä ne etenevät suoraan pinnalle ja edelleen poispäin valon nopeudella.

Neutriinojen vähäisten vuorovaikutusten vuoksi niiden havaitseminen on vaikeaa. Ensimmäinen käyttökelpoinen metelmä on radiokemiallinen menetelmä. Havaintoaineena voidaan käyttää esimerkiksi tetrakloorieteeniä (C₂Cl₄). Neutriinon osuessa klooriatomiin tämä muuttuu argoniksi ja vapauttaa elektronin:

³⁷Cl + neutriino -> ³⁷Ar + e^-

Syntynyt argon on radioaktiivinen, joten se voidaan havaita. Tähän perustuu Homestaken kaivoksessa Etelä-Dakotassa 1967 toimintansa aloittanut ilmaisin.

Kloorin ohella voidaan neutriinojen havaitsemiseksi käyttää myös litiumia ja galliumia. Ensimmäiset galliumilmaisimet ovat olleet toiminnassa Neuvostoliitossa/Venäjällä ja Italiassa 1980-luvun lopulta. Venäläisessä SAGE- ja italialaisessa GALLEX-ilmaisimessa gellium muuttuu neutriinoiden vaikutuksesta germaniumiksi. Näillä voidaan havaita jo Auringon tyypillisissä ydinreaktioissa (pp-ketjussa) syntyviä neutriinoita.

Toinen menetelmä perustuu neutriinojen erittäin puhtaassa vedessä aiheuttamaan Cerenkov-säteilyyn. Syntyvät valon välähdykset rekisteröidään valomonistimilla, ja näin saadaan selville myös säteilyn tulosuunta. Tätä tyyppiä edustaa mm. japanilainen Kamiokande.

Ontariossa sijaitsevan Sudbury Neutrino Observatoryn (SNO) ilmaisin sisältää raskasta vettä, ja se pystyy havaitsemaan kaikkia neutriinotyyppejä. Kokeesta saadaan toivottavasti lähiaikoina tuloksia, jotka auttavat ratkaisemaan Auringon neutriino-ongelman.

Neutriinoilmaisimet sijoitetaan esimerkiksi kaivoksiin syvälle maan alle suojaan kosmisesta säteilystä syntyvältä sekundäärisäteilyltä.

Ilmaisimet ovat havainneet neutriinoja Auringosta ja Suuren Magellanin pilven supernovasta 1987. Japanilainen ja amerikkalainen ilmaisin havaitsivat yhteensä 19 supernovasta lähetnyttä neutriinoa. Vaikka neutriinot olivat matkanneet 170 000 vuotta, ne saapuivat perille muutaman sekunnin sisällä. Jos neutriinoilla olisi selvästi nollaa suurempi massa, ne liikkuisivat valoa hitaammin ja eri nopeuksilla. Havainnot tarkoittavat siten, että massan täytyy olla todella vähäinen.