Tekst źródłowy strony Neutrino

[[Plik:FirstNeutrinoEventAnnotated.jpg|mały|Pierwsza obserwacja zderzenia neutrina z [[proton]]em (z [[Jądro atomowe|jądra atomu]] [[wodór|wodoru]]) w [[komora pęcherzykowa|komorze pęcherzykowej]], 13 listopada 1970. Po zderzeniu widoczny jest krótki ślad protonu, [[mion]]u (''μ-meson'') i [[Pion (cząstka)|pionu]] (''π-meson'').]]
{{Listen| filename = Neutrino.mp3 |title = Neutrino |type = speech |description = Rozmowa z prof. Marianem Kozielskim. Podkast z serii Nauka XXI wieku}}

'''Neutrino''' (''ν'') – [[cząstka elementarna]] należąca do [[Lepton (mechanika kwantowa)|leptonów]]. Jest posiadającym [[Masa spoczynkowa|masę spoczynkową]] [[Fermiony|fermionem]] o [[spin (fizyka)|spinie]] równym ½ i zerowym [[ładunek elektryczny|ładunku elektrycznym]]<ref>{{Encyklopedia PWN | tytuł = Neutrina | id = 3946920 | data dostępu = 2021-07-30}}</ref>. Neutrina są cząstkami podstawowymi w [[Model standardowy|modelu standardowym]]. Powstają w reakcjach [[rozpad beta plus|rozpadu {{chem2|β+}}]], rozpadu mionu, rozpadu pionu i rozpadu taonu,<ref name=":0" /> na przykład neutrino elektronowe (''ν<sub>e</sub>'') podczas rozpadu {{chem|11|6|C}}:

: [[Węgiel (pierwiastek)|{{chem|11|6|C}}]] → [[Bor|{{chem|11|5|B}}]] + ''[[pozyton|{{chem2|e+}}]]'' + ''ν<sub>e</sub>''

Nazwa jest włoskim zdrobnieniem neutronu. Została zaproponowana przez włoskiego fizyka [[Enrico Fermi|Enrica Fermiego]]<ref>{{Cytuj książkę | autor = M. F. L’Annunziata | tytuł = Radioactivity | url = {{Google Books|YpEiPPFlNAAC|Radioactivity|strony=100|link=tak}} | wydawca = [[Elsevier]] | rok = 2007 | strony = 100 | isbn = 978-0-444-52715-8 | język = en }}</ref>.

== Rodzaje neutrin ==
[[Plik:Beta Negative Decay.svg|mały|[[Diagram Feynmana]] rozpadu {{chem2|β−}} [[neutron]]u do [[proton]]u, [[elektron]]u i antyneutrina elektronowego poprzez pośredni [[bozon W]]<sup>−</sup>]]
Istnieją trzy stany [[Zapach (mechanika kwantowa)|zapachowe]] neutrin:
* ''ν<sub>e</sub>'' – neutrino [[elektron]]owe
* ''ν<sub>μ</sub>'' – neutrino [[mion]]owe
* ''ν<sub>τ</sub>'' – neutrino [[taon]]owe

Według opisu cząstek wprowadzonego przez [[Paul Dirac|Paula Diraca]] każdy rodzaj neutrina ma swój odpowiednik ('''antyneutrino''') w [[antymateria|antymaterii]]. Antyneutrino elektronowe powstaje w trakcie [[rozpad beta minus|rozpadu {{chem2|β−}}]], np. podczas rozpadu {{chem|3|1|T}} lub {{chem|14|6|C}}:

: [[Tryt|{{chem|3|1|T}}]] → [[Hel (pierwiastek)|{{chem|3|2|He}}]] + {{chem2|e−}} + ''{{nadkreślenie|ν}}<sub>e</sub>''
: {{chem|14|6|C}} → [[Azot|{{chem|14|7|N}}]] + {{chem2|e−}} + ''{{nadkreślenie|ν}}<sub>e</sub>''

Ponieważ zaobserwowano tylko neutrina lewoskrętne i antyneutrina prawoskrętne powstało przypuszczenie, że neutrino może być [[Fermion Majorany|cząstką Majorany]] – antyneutrino miałoby wtedy być prawoskrętnym neutrinem.<ref name=":0" />

Neutrina podczas propagacji w przestrzeni mogą zmieniać swój rodzaj (zapach) – zjawisko to, nazywane [[oscylacje neutrin|oscylacją neutrin]], dowodzi, że neutrina mają [[Masa spoczynkowa|masę spoczynkową]].<ref name=":0" />

== Historia ==
Istnienie neutrin zostało zaproponowane przez [[Wolfgang Pauli|Wolfganga Pauliego]] na początku lat 30. XX w. (nadając nowej cząstce nazwę ''neutron'') jako uzasadnienie ciągłego spektrum początkowej energii elektronów produkowanych w wyniku [[Rozpad beta minus|rozpadu {{chem2|β−}}]]<ref name=":0">{{Cytuj |tytuł = Odkrywanie Neutrin |data dostępu = 2021-09-02 |opublikowany = www.fuw.edu.pl |url = https://www.fuw.edu.pl/~neutrina/teoria.html}}</ref>. Już wtedy jednoznacznie określono [[Spin (fizyka)|spin]] neutrina (równy <math>\pm\tfrac{1}{2}</math>) i [[ładunek elektryczny]] (równy 0), oraz że nie może [[Oddziaływanie silne|oddziaływać silnie]] z materią. Na potrzeby opisu interakcji neutrina z materią wprowadzono do fizyki [[oddziaływanie słabe]]<ref name=":0" />. W połowie lat 30. XX w. [[Enrico Fermi]] rozpoczął tworzenie matematycznego opisu tego oddziaływania, a [[Hans Bethe]] i [[Rudolf Peierls]] zaproponowali sposób wykrywania neutrin wykorzystany w pierwszym eksperymencie<ref name=":0" />.

[[Eksperyment neutrinowy Reinesa-Cowana|Eksperymentalne potwierdzenie istnienia neutrin]] (a właściwie anty-neutrin, o czym jeszcze nie wiedziano) nastąpiło w roku 1956 (wykryli je [[Frederick Reines]] i [[Clyde Cowan]])<ref name=":0" />.

Pomiary pędów i energii w reakcjach rozpadu [[Mion|mionu]] na [[elektron]] oraz [[Pion (cząstka)|pionu]] na mion wykazały, że również w tych przemianach powinny uczestniczyć neutrina. Określono, że pion powinien rozpadać się na mion i jedno neutrino (nazywane dzisiaj anty-neutrinem mionowym), a mion na elektron i dwa neutrina (dziś jedno to neutrino mionowe, a drugie anty-neutrino elektronowe)<ref name=":0" />. Wynik ten doprowadził do wprowadzenia do fizyki liczby elektronowej i liczby mionowej oraz rozróżniania rodzajów neutrin<ref name=":0" />.

Istnienie neutrin mionowych potwierdzili [[Melvin Schwartz]], [[Leon Lederman]] i [[Jack Steinberger]] w eksperymencie na początku lat 60. XX w. Neutrino mionowe dawniej nazywano [[neutretto]].

W roku 2000 ogłoszono odkrycie neutrina taonowego jako wynik [[DONUT|eksperymentu DONUT]]<ref name=":0" />.

Na podstawie eksperymentów prowadzonych przez [[CERN]] w [[Akcelerator LEP|akceleratorze LEP]] wyznaczających długość życia [[Bozon Z|bozonu Z<sup>0</sup>]] określono, że istnieją tylko 3 generacje neutrin<ref name=":0" />.

== Oddziaływania neutrin ==
Neutrina nie oddziałują przez [[oddziaływanie silne|oddziaływania silne]] i [[oddziaływanie elektromagnetyczne|elektromagnetyczne]], a jedynie za pośrednictwem [[oddziaływanie słabe|oddziaływań słabych]] (i grawitacyjnych). Są tak przenikliwe, że obiekt wielkości planety nie stanowi dla nich prawie żadnej przeszkody – przez jeden centymetr kwadratowy Ziemi zwrócony prostopadle do Słońca, co sekundę przelatuje 60,5 miliardów neutrin<ref>{{Cytuj |autor = John N. Bahcall, Aldo M. Serenelli, Sarbani Basu |tytuł = New Solar Opacities, Abundances, Helioseismology, and Neutrino Fluxes |czasopismo = The Astrophysical Journal |data = 2005 |wolumin = 621 |numer = 1 |s = L85–L88 |doi = 10.1086/428929 |arxiv=0412440 |język = en}}</ref>.

Neutrina są wychwytywane przez [[jądro atomowe]] ([[przekrój czynny]] tego procesu jest bardzo mały), inicjując jego rozpad. Zjawisko to wykorzystuje się do wykrywania neutrin. Neutrina wychwytuje się w gigantycznych basenach z superczystą wodą (bądź innymi substancjami) umieszczonych głęboko pod ziemią i obserwuje się powstałe w wyniku tego promieniowanie.

Fizyka neutrin była badana w eksperymentach [[KamLand]], [[Super-Kamiokande|Kamiokande]], [[Super-Kamiokande]], [[Sudbury Neutrino Observatory|SNO]], [[K2K]], [[T2K]], [[DONUT]], [[MINOS]].

== Problem masy neutrin ==
Uważane kiedyś za cząstki bezmasowe, neutrina mają [[masa spoczynkowa|masę spoczynkową]], chociaż dokładne masy neutrin nie są znane.

Na podstawie doświadczeń [[oscylacje neutrin|oscylacji neutrin]] w eksperymencie [[Super-Kamiokande]]<ref>{{cytuj stronę | url = http://www.smithsonianmag.com/science-nature/Looking-for-Neutrinos-Natures-Ghost-Particles.html | tytuł = Looking for Neutrinos, Nature's Ghost Particles | data dostępu = 2014-10-14 | autor = Ann Finkbeiner | opublikowany = Smithsonian Magazine | rok = 2010 | miesiąc = listopad | język = en | archiwum = https://web.archive.org/web/20140104135940/http://www.smithsonianmag.com/science-nature/Looking-for-Neutrinos-Natures-Ghost-Particles.html | zarchiwizowano = 2014-01-04 }}</ref> określono różnicę między [[Zapach (mechanika kwantowa)|zapachami]] neutrin na około 0,04&nbsp;[[elektronowolt|eV]]. Jest to więc dolne ograniczenie masy jednego z rodzajów (zapachów) neutrin. Górną granicę oszacowano podczas badań kosmologicznych (np. [[mikrofalowe promieniowanie tła|promieniowanie tła]], [[Prawo Hubble’a-Lemaître’a|ucieczkę galaktyk]]) na 0,28&nbsp;eV.

Eksperyment [[KATRIN]], wykorzystując rozpad beta [[tryt]]u, ma wyznaczyć masę neutrina lub ograniczyć górną granicę masy najcięższego neutrina do 200&nbsp;meV (z [[odchylenie standardowe|odchyleniem standardowym]] ≤ 2). W 2015 roku zakończono testy urządzeń, w 2016 przeprowadzono testy całości. Pomiary rozpoczęto w 2018 roku i są planowane na 5 lat. 

[[Plik:Proton proton cycle.svg|mały|400px|Powstawanie neutrin w cyklu protonowym]]

== Źródła neutrin ==
Neutrina na Ziemi powstają m.in. na skutek oddziaływania [[promieniowanie kosmiczne|promieniowania kosmicznego]] w górnych warstwach atmosfery (powstające w ten sposób neutrina nazywamy [[neutrina atmosferyczne|atmosferycznymi]]). Neutrina emitowane są także przez [[Słońce]] ([[neutrina słoneczne]]) i inne źródła kosmiczne. Ze źródeł sztucznych najwięcej neutrin powstaje w [[reaktor jądrowy|reaktorach jądrowych]].

W celach eksperymentalnych [[Neutrina akceleratorowe|wiązki]] wysokoenergetycznych neutrin wytwarza się w [[Akcelerator cząstek|akceleratorach]]. Neutrina, jako cząstki neutralne, nie mogą być bezpośrednio przyspieszane w akceleratorach wykorzystujących oddziaływania elektromagnetyczne. Zamiast tego, np. w akceleratorze ośrodka J-PARC<ref>{{Cytuj | url=http://t2k-experiment.org/t2k/ | tytuł=The T2K Experiment | opublikowany=t2k-experiment.org | język=en | data dostępu=2017-11-25}}</ref> przyspieszane są [[proton]]y, które następnie oddziałują z tarczą, wytwarzając wiele cząstek nietrwałych: przede wszystkim [[Pion (cząstka)|piony]] i [[kaon]]y. Te cząstki rozpadają się w locie, tworząc między innymi neutrina poruszające się w kierunku zbliżonym do kierunku ruchu cząstek pierwotnych. Jedną możliwością ukierunkowania [[Neutrina akceleratorowe|wiązki neutrin]] do detektora jest odpowiednie skierowanie pierwotnej wiązki protonów na tarczę, oraz ogniskowanie naładowanych pionów i kaonów.  Rozważa się wytwarzanie w przyszłości wiązek neutrin poprzez przyspieszanie w akceleratorach jąder beta-promieniotwórczych lub [[mion]]ów, które rozpadałyby się na neutrina na prostych odcinkach akceleratora{{fakt|data=2019-05}}.

== Doniesienia o przekroczeniu prędkości światła w próżni ==
Badacze pracujący przy eksperymencie [[OPERA (eksperyment)|OPERA]], polegającym na pomiarze prędkości wiązki neutrin wysyłanych do odległego o 730&nbsp;km włoskiego laboratorium INFN Gran Sasso, stwierdzili, że wyniki eksperymentu sugerują przekroczenie [[prędkość światła|prędkości światła]] w próżni przez neutrina{{r|wiadomosci}}. [[CERN]] ogłosiło 22 września 2011 roku apel do świata nauki o weryfikację ich odkrycia i ewentualne powtórzenie w drodze niezależnych eksperymentów, mających potwierdzić lub obalić te niezgodne ze [[szczególna teoria względności|szczególną teorią względności]] wyniki.

Wyniki tych niepotwierdzonych eksperymentów stały w sprzeczności z innymi znanymi danymi obserwacyjnymi. Na przykład neutrina powstałe w wybuchu [[supernowa|supernowej]] [[SN 1987A]] dotarły na Ziemię trzy godziny wcześniej w stosunku do [[foton]]ów (co jest spowodowane tym, że neutrina wydostały się z eksplodującej gwiazdy wcześniej niż fotony). Gdyby neutrina poruszały się z prędkością większą od prędkości światła w próżni, a różnica w prędkości byłaby taka, jaką uzyskano w eksperymencie OPERA, to neutrina z tego wybuchu dotarłyby na Ziemię ponad cztery lata wcześniej, zanim dotarłoby światło{{r|kopalniawiedzy}}.

Po ogłoszeniu wyników eksperymentu wielu skrytykowało sposób jego przeprowadzenia{{r|ut}}, kilku z naukowców uczestniczących w eksperymencie odmówiło użycia ich nazwisk w ogłoszonych wynikach, uważając, że opublikowana analiza danych jest przedwczesna{{r|guardian}}, sugerowano różne możliwe błędy metodologiczne{{r|arxiv}}. Ostatecznie wynik eksperymentu został wytłumaczony przez nieprawidłowe podłączenie odbiornika [[Global Positioning System|GPS]] do komputera mierzącego czas przelotu cząstek{{r|sciencenews}}.

== Zobacz też ==
* [[problem neutrin słonecznych]]
* [[Neutrino sterylne]]

== Przypisy ==
{{Przypisy|
<ref name="kopalniawiedzy">{{cytuj stronę|url=http://kopalniawiedzy.pl/neutrino-swiatlo-OPERA-14099.html|tytuł=Próby wyjaśnienia fenomenu neutrino szybszego od światła|nazwisko=Błoński|imię=Mariusz|opublikowany=Kopalnia Wiedzy|język=pl|data dostępu=2011-10-18}}</ref>
<ref name=sciencenews>{{cytuj stronę|url=http://archive.is/8KbA|tytuł=Error Undoes Faster-Than-Light Neutrino Results|opublikowany=ScienceMag|język=en|data dostępu=2012-02-22|data=2012-02-22}}</ref>
<ref name=wiadomosci>{{cytuj stronę|url=http://www.wiadomosci24.pl/artykul/przelomowe_odkrycie_w_cern_otwiera_mozliwosc_podrozy_w_212421--1.html|tytuł=Przełomowe odkrycie w CERN otwiera możliwość podróży w czasie?|opublikowany=Wiadomości 24|język=pl|data dostępu=2012-02-22}}</ref>
<ref name=ut>{{cytuj stronę|url=http://www.universetoday.com/89377/astronomy-without-a-telescope-ftl-neutrinos-or-not/|tytuł=Astronomy Without A Telescope – FTL Neutrinos (Or Not)|opublikowany=Universe Today|język=en|data dostępu=2012-02-22}}</ref>
<ref name=guardian>{{cytuj stronę|url=http://www.guardian.co.uk/science/life-and-physics/2011/sep/24/1|tytuł=Those faster-than-light neutrinos. Four things to think about|opublikowany=Guardian|język=en|data dostępu=2012-02-22|data=}}</ref>
<ref name=arxiv>{{cytuj stronę|url=http://arxiv.org/abs/1110.2685|tytuł=Times of Flight between a Source and a Detector observed from a GPS satelite|opublikowany=[[arXiv]]|język=en|data dostępu=2012-02-22|data=}}</ref>
}}

== Linki zewnętrzne ==
{{commonscat|Neutrino physics|Fizyka neutrin}}
{{wikisłownik|neutrino}}

; Polskojęzyczne
* Joanna Zalipska, ''[http://pf.ptf.net.pl/PF-2016-4/docs/PF-2016-4.pdf Neutrina – cząstki duchy, czy na pewno aż tak nieuchwytne?]'' „[[Postępy Fizyki]]”. 67(4), s. 173-177, 2016.
* {{otwarty dostęp}} Michał Eckstein, ''[https://www.youtube.com/watch?v=CORc81UQAn0 Tańczące neutrina]'', [[Centrum Kopernika Badań Interdyscyplinarnych]] – [[Uniwersytet Jagielloński]], kanał „Copernicus” na [[YouTube]], 11 maja 2016 [dostęp 2023-04-14].

; Anglojęzyczne
* [http://www-numi.fnal.gov NuMI-MINOS Home Page]
{{otwarty dostęp}} Nagrania na [[YouTube]] [dostęp 2024-08-30]:
* Sílvia Bravo Gallart, ''[https://www.youtube.com/watch?v=nkydJXigkRE Why neutrinos matter]'', kanał TED-Ed, 28 kwietnia 2015.
* Don Lincoln, ''[https://www.youtube.com/watch?v=y8kJFXhN7Po How do you make a neutrino beam?]'', kanał [[Fermilab]]u, 26 marca 2019;
* Don Lincoln, ''[https://www.youtube.com/watch?v=gKO8f79Ekew How do you detect a neutrino?]'', kanał Fermilabu, 28 maja 2019.

{{Cząstki elementarne}}

{{Kontrola autorytatywna}}

[[Kategoria:Neutrina| ]]
[[Kategoria:Odkrycia nagrodzone Nagrodą Nobla]]