Neutriino

**Neutriino** on alkeishiukkanen, joka kuuluu fermioneihin, koska sen spin on ½. Neutriinon massa on hyvin pieni, mutta on todistettu, ettei se ole täysin massaton, kuten aiemmin luultiin. Neutriinoa ei tule sekoittaa neutroniin. 

## Löytäminen
Beetahajoamisessa (-) neutroni \scriptstyle n hajoaa protoniksi \scriptstyle p, elektroniksi \scriptstyle e ja **antineutriinoksi** \scriptstyle \bar{\nu}:
:n \rightarrow p + e + \bar{\nu}.

Ennen neutriinon löytämistä näytti siis siltä, että beetahajoamisessa neutroni hajoaa vain protoniksi ja elektroniksi \scriptstyle n \rightarrow p + e . Tällöin liikemäärä reaktiossa ei vaikuttanut säilyvän, sillä elektronin energiaspektri oli jatkuva. Vuonna 1930 Wolfgang Pauli päätteli, että beetahajoamisessa on synnyttävä myös kolmas hiukkanen, joka on sähköisesti neutraali ja jakaa energian elektronin kanssa, mikä mahdollisti elektronin jatkuvan energiaspektrin. Tätä hiukkasta kutsutaan nykyään neutriinoksi.

Kauan vaikutti siltä, ettei tätä "haamuhiukkasta" koskaan saada todennettua, mutta sitten oivallettiin, että ydinreaktorissa pitäisi teorian mukaan syntyä niin suuret määrät neutriinoja, että kokein oli mahdollista havaita niistä osa. Ensimmäisen havainnon niistä tekivät Clyde Cowan, Frederick Reines, F. B. Harrison, Herald Kruse ja Austin McGuire vuonna 1956. Tästä havainnosta Reinesille myönnettiin Nobelin fysiikanpalkinto vuonna 1995.

Neutriinot tulevat esiin valtavien klooripitoisten pesuainemäärien avulla, joissa silloin tällöin muuttuu klooriatomi neutriinon vaikutuksesta argonatomiksi. Nämä argonatomit voidaan kaapata talteen atomi atomilta. "Saalis" on tyypillisesti yksi argonatomi päivässä suuresta tankista seulottuna.

Myöhemmin havaittiin neutriinoja olevan kolmea eri tyyppiä (eli *makua*): elektronineutriinoita, myonineutriinoita ja tauneutriinoita. Vuonna 1998 havaittiin kokeissa neutriinojen oskillaatiota. Kun aaltovaihe muuttuu neutriinon tyyppi muuttuu. Eri neutriinoilla on myös hieman eri massa.

## Havaitseminen
Käytännössä neutriinot havaitaan laboratoriossa suurilla laitteilla tai suurilla neutriinovirroilla, joita esiintyy fissioydinvoimaloissa ja joita voidaan synnyttää hiukkaskiihdyttimillä.

Neutriinot ovat erittäin läpitunkevia mutta vaarattomia alkeishiukkasia. Niillä ei ole sähkövarausta, joten niihin ei voida vaikuttaa magneetti- tai sähkökentillä ja painovoimankin vaikutus on mitätön. Koska neutriino tuntee vain heikon vuorovaikutuksen, ne  läpäisevät melkein kaiken aineen. On arvioitu, että vasta valovuoden paksuinen lyijyseinä kykenisi pysäyttämään puolet läpikulkevista neutriinoista. Neutriinoa ei voida havaita suoraan, mutta siitä voidaan tehdä havaintoja tutkimalla sen aiheuttamassa reaktiossa syntyneitä hiukkasia.

Yksi keino havaita neutriinoja on tutkia sen aiheuttamaa vuorovaikutusta; neutriinot vuorovaikuttavat aineen kanssa heikon vuorovaikutuksen kautta. Vuorovaikutuksen välittäjähiukkasina ovat W- ja Z-bosonit. Varattujen W-bosonien välittämiä reaktioita kutsutaan *varattujen virtojen välittämiksi reaktioiksi*, ja varauksettoman Z-bosonien välittämiä reaktioita *neutraalin virran välittämiksi reaktioiksi* (aivan kuten kvanttisähködynamiikassa (QED&nbsp;C_2Cl_4). Osuessaan klooriyhdisteeseen neutriino muuttaa klooriatomin argoniksi ja vapauttaa elektronin:

^{37}Cl + \nu -> ^{37}Ar + e^-.

Syntynyt argon on radioaktiivinen, jonka perusteella se voidaan havaita. Myös litiumia ja galliumia voidaan käyttää kloorin sijasta.

## Auringon neutriinomysteeri
Auringossa pitäisi fuusioreaktiossa syntyä tietty määrä neutriinoja, mutta pitkän aikaa neutriinoilmaisimet havaitsivat vain murto-osan (1/4–1/3) odotetusta määrästä. Japanilaisten Tšerenkovin säteilyyn perustuvalla vesitäytteisellä Kamiokande-ilmaisimella tehdyissä mittauksissa saatiin neutriinovuoksi puolet odotetusta.

Kanadalaiset ja monet muut rakensivat taas uudentyyppisen ilmaisimen joka perustuu gallium-germanium-muutoksiin, joissa neutriino muuttaa harvakseltaan gallium-atomeja germanium-atomeiksi. Tällä menetelmällä havaittiin puolet odotetusta neutriinomäärästä.

### Neutriino-oskillaatio
Nyt oli tullut selväksi, että joko Auringon malli tai neutriinomallin oletus on väärä. Arveltiin, että neutriino vaihtaa tyyppiään matkalla Auringosta Maahan, esimerkiksi siten, että elektronin neutriino muuttuu taun neutriinoksi. Tällöin ainoastaan elektronin neutriinot havaitseva kammio ei havaitse odotettua määrää neutriinoita tämän *neutriino-oskillaatioksi* kutsutun ilmiön takia.

Tässä mallissa neutriinojen makutilat eivät ole toisistaan riippumattomia, vaan ovat kombinaatioita massatiloista. Tällöin neutriinojen makutilat esiintyvät havaintohetkellä tiettynä kombinaationa. Matemaattisesti voidaan makutilat esittää massatilojen kombinaationa

\nu_{\alpha}=\sum_iU_{\alpha i}\nu_i,

missä massatilaan viittaa \scriptstyle i=1,2,3 ja makutilaan 
\scriptstyle \alpha=e,\mu,\tau. Myöhemmin on makutilan paikka 

\nu_{\alpha}(x)=\sum_je^{-iE_jx}U_{\alpha i}\nu_i(0)

Mikäli tuottopisteen ja havaintopisteen etäisyys on tarpeeksi pitkä, ei tyhjiöoskillaatiolla kuitenkaan ole merkitystä. Auringosta saapuvien neutriinojen kannalta on tällä kuitenkin merkitystä, jolloin puhutaan oskillaatiopituudesta.

Eri reaktioiden vuoksi tapahtuu myös vastaavanlainen ilmiö aineessa, jolloin elektronin neutriinojen massatilat sijaitsevat ylempänä myy- ja tau-neutriinoihin verrattuna. Olennaisin asia neutriinofysiikassa on selvittää tämä potentiaalin aiheuttama muutos neutriinon aaltofunktioon ja siten myös neutriinomaun selviämistodennäköisyyteen sen läpäistessä tutkittavan alueen.
Neutriinoiden aika- ja paikkakehityksen määrää niiden liikeyhtälö

i\frac{d}{dt}\nu=H\nu

missä \scriptstyle H on 3x3 hamiltonin operaattori
ja \scriptstyle \nu neutriinon aaltofunktio.

### SNO ratkaisee neutriinomysteerin
Seuraavaksi kanadalaiset rakensivat SNO:n (Sudbury Neutrino Observatory), jonka tarkoitus oli ratkaista Auringon neutriinomysteeri. SNO on optinen neutriinoteleskooppi, jonka suuressa kammiossa on tuhansia tonneja erittäin puhdasta raskasta vettä. Raskaan veden deuterium-atomit (1 protoni, 1 neutroni) reagoivat kaikkiin kolmeen neutriinolajiin. SNO havaitsee neutriinoita kahdella eri tavalla. Ilmaisimessa elektronin neutriino voi muuttua elektroniksi ja muuttaa neutronin protoniksi, eli tämän reaktion tuloksena on elektroni ja kaksi protonia. Sen sijaan myonin, taun sekä myös elektronin neutriinot voivat potkaista deuterium-atomista protonin ja neutronin pois. Vertailemalla kahden eri tapahtuman lukumääriä SNO kykenee mittaamaan kunkin neutriinolajin vuon. Idean keksi Herb Chen. 

Vuonna 2002 raportoitiin, että SNO-kokeen tuloksien perusteella on 99,999 prosentin varmaa, että neutriino vaihtaa lajiaan matkallaan Maahan. 

Tämän jälkeen kanadalaiset lisäsivät säiliöön kaksi tonnia ruokasuolaa, joka herkisti koekammion kolme kertaa herkemmäksi myonin ja taun neutriinoille. Uusimmat vuoden 2004 tulokset kertovat, että Auringosta saapuvista elektronin neutriinoista kaksi kolmasosaa muuttaa tyyppiään myonin ja taun neutriinoiksi.

## Ominaisuudet
### Massa
Kanadalaisen SNO:n (\scriptstyle 2,48 \cdot 10^{-5} c  (noin 7,44 km/s) suurempi kuin valonnopeus.

OPERA:n tutkimusryhmä kuitenkin havaitsi pari koetuloksiin vaikuttavaa mahdollista virhetekijää. Ensimmäinen ongelma löytyi ajanmääritysoskillaattorissa liittyen GPS-laitteen synkronointiin. Ajanmääritysongelma voi lisätä neutriinojen havaittavaa matka-aikaa vähentäen ilmiötä valoa nopeammista neutriinoista. Toinen ongelma oli, että GPS-vastaanottimen ja koelaitteen kellon välinen kaapeli ei ollut kunnolla kiinnitetty. Tutkimusryhmän mukaan kaapeliongelma aiheutti sen, että neutriinoiden nopeus mitattiin luonnottoman suureksi. Koe toistettiin löysällä olleen tietoliikennekaapelin kiristämisen jälkeen ja neutriinoiden todettiin kulkevan valoa hitaammin.

## Lähteet
* 

### Viitteet

## Kirjallisuutta
*

## Aiheesta muualla

* Oulun yliopiston CUPP-projekti – Neutriinofysiikka
* Particle Data Group
* Marko Hamilo: Rikkoiko neutriino maailmankaikkeuden kattonopeutta? Suomen kuvalehti 5.11.2011.