Neutríno

Neutríno je elementárna častica, patrí medzi leptóny s poločíselným spinom (je teda fermión). Jeho hmotnosť je veľmi malá v porovnaní s väčšinou elementárnych častíc, dlhú dobu sa predpokladala jeho nulová pokojová hmotnosť, posledné experimenty však ukazujú, že je nenulová (pozri Super-Kamiokande). Neutríno nenesie elektrický náboj, nepôsobí naň preto elektromagnetická interakcia. S hmotou interaguje jedine prostredníctvom slabej interakcie a gravitácie.
Pretože účinný prierez neutrína pre slabú interakciu je veľmi malý, neutrína prechádzajú bežnou hmotou takmer bez akejkoľvek reakcie. Napríklad Slnko emituje neutrína s energiou niekoľko megaelektrónvoltov. Ak by sme chceli zadržať polovicu z nich, potrebovali by sme na to blok olova s hrúbkou asi jeden svetelný rok (~10¹⁶m). Detekcia neutrín je teda veľmi náročná a vyžaduje veľmi rozmerné detektory alebo produkciu zväzkov neutrín vysokej energie.

Hmotnosť neutrín

Merania experimentu SNO z roku 2002 preukázali existenciu neutrínových oscilácií. Tieto sú však možné len v prípade, že neutrína z jednotlivých generácií majú rozdielne pokojové hmotnosti. To vedie k potrebe nenulových pokojových hmotností neutrín.
Hmotnosť neutrín sa dá určiť pomocou meraní Betaspektier prvkov. Takto bola určená horná hranica pre elektrónové neutríno z beta rozpadu trícia. Premeraním energetického spektra elektrónov pochádzajúcich z tohto beta rozpadu sa podarilo na experimentoch v Mainzi a v Moskve stanoviť hornú hranicu hmotnosti elektrónového neutrína na 2,3 eV. Pripravovaný je experiment KATRIN v Karlsruhe, ktoreho rozlišovacia schopnosť môže stlačiť túto hornú hranicu na 0,2eV. Doterajšie výsledky meraní beta spektier však nemajú takú rozlišovaciu schopnosť, aby na základe nich bola zodpovedaná otázka nenulovej hmotnosti neutrína. Typickým výsledkom týchto meraní je napríklad záporná hodnota kvadrátu hmotnosti neutrína. Napriek tomuto nedostatku sú tieto experimenty schopné stanovovať horné hranice pokojových hmotností neutrín.
Na porovnanie: Elektrón má pokojovú hmotnosť približne 511 keV = 511000 eV.

Problém solárnych neutrín

Koncom 60. rokov bol na Ray Davis's Homestake experimente, pozorovaný deficit solárnych neutrín. Tento problém spočíval v tom, že teoretické predpovede plynúce z predstáv štandardného modelu elementárnych častíc a štadardného modelu slnka predpovedali väčší počet dopadajúcich neutrín na Zem. Nasledujúce merania potvrdili experimentálne data Homestake experimentu, oscilácia neutrín však bola v tomto čase len jedným z možných vysvetlení. Merania experimentu SNO viedli v roku 2002 k potvrdeniu neutrínových oscilácii.
Solárne neutrína majú energiu pod 20 MeV.

Teória neutrínových oscilácii

V roku 1957 v analógii s podobným efektom pozorovaným v systéme neutrálnych kaónov popísal a teoreticky predpovedal Bruno Pontecorvo oscilácie neutrín. Ním vypracovaná kvantitatívna teória bola dokončená v roku 1967. O rok neskôr bol pozorovaný deficit solárnych neutrín. Následne v roku 1969 Gribov a Pontecorvo publikovali známu prácu "Neutrino astronomy and lepton charge".

Vedecké objavy

V septembri 2011 talianski vedci oznámili, že podľa ich meraní sa neutríno môže pohybovať rýchlejšie ako rýchlosťou svetla: Prúd neutrín vypustený z urýchľovača častíc pri Ženeve do laboratória v strednom Taliansku túto vzdialenosť 730 kilometrov prešiel o 60 nanosekúnd rýchlejšie ako svetlo. Neskôr sa však zistilo že pri meraní došlo k chybe a rýchlosť svetla nebola prekonaná.
V novembri 2012 použili vedci z USA urýchľovač častíc na odoslanie koherentnej neutrínovej správy cez cca 230 metrovú skalu. Išlo o prvé použitie neutrín pre komunikáciu a budúci výskum môže umožniť, aby sa binárne neutrínové správy posielali obrovskými vzdialenosťami dokonca aj v cez najhustejšie materiály, napríklad zemské jadro.
V júli 2018 oznámilo observatórium IceCube, že vysledovalo extrémne vysokoenergetické neutríno, ktoré zasiahlo ich výskumnú stanicu na Antarktíde v septembri 2017, až k bodu svojho pôvodu v brazare TXS 0506 +056 vzdialenom 3,7 miliardy svetelných rokov v smere súhvezdia Orion. Bolo to prvýkrát, keď sa neutrínový detektor použil na nájdenie objektu vo vesmíre a identifikoval sa zdroj kozmického žiarenia.