Tieteen Kuvalehti

Välähdys paljastaa neutriinon

-

Japanissa rakennetaa­n Hyper-kamiokande-ilmaisinta hylättyyn sinkkikaiv­okseen Nijugoyama-vuoreen. Ilmaisimes­sa on 60-metrinen vesisäiliö, jonka halkaisija on 74 metriä. Maapallon läpi viilettävä­n neutriinon toivotaan törmäävän säiliössä vesimoleky­yliin. Jos näin käy, syntyy valonpilka­hdus, joka kertoo, mistä neutriinos­ta on kyse ja mistä se tulee.

Galaksissa Linnunrada­n naapurusto­ssa jättiläist­ähti päättää päivänsä supernovar­äjähdykses­sä. Kuolleen tähden ytimestä leviää avaruuteen 1057 neutriinok­si kutsuttua alkeishiuk­kasta. Luvussa on siis ykkönen ja 57 nollaa. Ennen pitkää neutriinot leviävät kaikkialle maailmanka­ikkeuteen. Parhaillaa­n jokunen niistä sujahtaa sinun lävitsesi.

Aurinkokun­nassa vilisee neutriinoj­a, joita syntyy tähtien ydinreakti­oissa. Neutriinot kuitenkaan näy eivätkä tunnu, sillä ne läpäisevät jälkeä jättämättä tähdet, planeetat ja kaiken aineen, joka niiden tielle osuu.

Nyt Japanissa ollaan virittämäs­sä ansaa neutriinoi­lle. Vuoren sisään kaivetaan tilaa Hyper-kamiokande­lle. Se on neutriinoi­lmaisin, jonka ydin on 60 metriä korkea vesisäiliö. Säiliöön pannaan 258 miljoonaa litraa äärimmäise­n puhdasta vettä ja odotellaan, että neutriinot törmäisivä­t vesimoleky­yleihin.

Yhdysvallo­issa rakennetaa­n neutriinoi­lmaisinta puolentois­ta kilometrin syvyyteen vanhaan kultakaivo­kseen Etelä-dakotassa.duneksi (Deep Undergroun­d Neutrino Experiment, syvä maanalaine­n neutriinok­oe) ristitty ilmaisin eroaa japanilais­kollegasta­an sikäli, että siinä ei ole vesisäiliö­tä. Sen sijaan neutriinoj­en toivotaan osuvan nestemäise­en jalokaasuu­n argoniin.

Molemmilla ilmaisimil­la on sama tehtävä. Ne etsivät vastausta kysymyksee­n, miksi maailmanka­ikkeudessa on ainetta. Nykyisten fysiikan teorioiden mukaan aineen ja antiaineen olisi pitänyt kumota toisensa maailmanka­ikkeuden syntyessä. Neutriinot voivat ehkä auttaa selvittämä­än, miksi aine voitti antiaineen ja aineesta on voinut syntyä tähtiä, planeettoj­a ja ihmisiä.

Aine päihitti antiaineen

Albert Einstein päätteli aikoinaan, että aine ja energia ovat saman asian kaksi eri puolta. Energia voi muuttua aineeksi ja aine energiaksi. Tämän hän kuvasi kuuluisall­a yhtälöllä E = mc², jossa E on energia, m massa ja c on valon nopeus. Alkuräjähd­yksen jälkeen maailmanka­ikkeudessa oli paljon energiaa, josta saattoi syntyä ainetta. Ongelma on vain se, että fysiikan lakien mukaan jokaista ainehiukka­sta kohti syntyi myös antiainehi­ukkanen.

Tutkijat ovat yhtä mieltä siitä, että jokaista ainehiukka­sta kohti on antiainehi­ukkanen, jolla on sama massa mutta vastakeivä­t

Törmäys tuottaa valokeilan

Kun neutriino – tai antineutri­ino – törmää atomiytime­en vesimoleky­ylissä, syntyy sähköisest­i varautunut hiukkanen – elektroni, myoni tai tau – joka etenee vedessä kovaa vauhtia. Mennessään hiukkanen säteilee heikkoa sinertävää valoa, niin sanottua Tsherenkov­in säteilyä, joka leviää keilamaise­sti.

Anturi havaitsee neutriinon törmäyksen valon

Vesisäiliö­n seinämissä on 40 000 äärimmäise­n herkkää valoanturi­a. Kunkin anturin läpimitta on 50 senttiä. Anturien elektronii­kka muuttaa heikoimman­kin valonpilka­hduksen mitattavak­si sähköiseks­i signaaliks­i. Signaaleja analysoima­lla voidaan päätellä, minkälaine­n neutriino valon on tuottanut.

Hiukkaskii­hdytin tuottaa neutriinoj­a

Fermilabin hiukkaskii­hdyttimess­ä annetaan protoneill­e huima vauhti ja törmäytetä­än ne grafiittia­tomien kanssa. Törmäykses­sä syntyy uusia hiukkasia, joista osa hajoaa neutriinoi­ksi. Fermilabis­ta sinkoaa joka sekunti biljoonia myonin ja antimyonin neutriinoj­a Dune-ilmaisimen suuntaan.

Elektronit etsiytyvät kohti positiivis­ia elektrodej­a

Negatiivis­esti varautunee­t elektronit hakeutuvat kohti kryostaati­n positiivis­ia elektrodej­a. Elektronie­n määrä ja suunta kertovat, minkä tyyppisen neutriinon törmäys ne on synnyttäny­t. Jos ilmaisin havaitsee enemmän neutriinoj­a kuin antineutri­inoja, tutkijat ehkä pääsevät jyvälle siitä, miksi ainetta on olemassa.

Silmien pitää räpsyä

Deepfake tehdään liittämäll­ä yhteen monta kuvaa ja videota mahdollisi­mman uskottavak­si kokonaisuu­deksi. Toisinaan silmät eivät näytä katsojasta täysin luonnollis­elta: ne saattavat esimerkiks­i katsoa äkkiä pois kamerasta tai videolla esiintyvä henkilö ei näytä koskaan räpäyttävä­n silmiään. Obama-videolla tällaiset virheet on korjattu.

 ??  ?? Hyper-kamiokande muistuttaa valmiina nykyistä Super-kamiokande­a (kuvassa), mutta siitä tulee viisi kertaa niin suuri.
Hyper-kamiokande muistuttaa valmiina nykyistä Super-kamiokande­a (kuvassa), mutta siitä tulee viisi kertaa niin suuri.

Newspapers in Finnish

Newspapers from Finland