Ändert sich die Neutrinofunktion nachts?

Ändert sich die Neutrinofunktion nachts?

Wissenschaftler in der Reihenfolge der Arbeitshypothese gaben eine erstaunliche Beobachtung bekannt, die mit Hilfe des Neutrinodetektors „SuperKamiokande“ gemacht wurde. Die Analyse der in den letzten 18 Jahren gesammelten Informationen zeigt, dass Neutrinos, die als Folge von Kernreaktionen im Kern der Sonne entstehen, ihre Eigenschaften ändern und die unbeleuchtete Seite der Erde erreichen.

Neutrinos sind die Geister der Quantenwelt, die keine elektrische Ladung haben. Ihre Masse ist extrem klein und sie bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit. Neutrinos interagieren so schwach mit Materie, dass sie einen ganzen Planeten von einer Kante zur anderen passieren können, ohne mit irgendetwas zusammenzustoßen. Sie sind nur zu schwachen nuklearen Wechselwirkungen fähig.

Obwohl es den Anschein hat, dass solche Merkmale des Teilchens seine Verfolgung unmöglich machen, haben Physiker Mittel entwickelt, um direkte Kollisionen des unsichtbaren Neutrinos mit der Erdmaterie aufzuzeichnen.

Im Fall des SuperKamiokande-Detektors wurde eine riesige Mine unter einem Berg, 300 Kilometer von Tokio entfernt, mit 50.000 Tonnen hochreinem Wasser gefüllt und Tausende von Detektoren an den Wänden der Mine angebracht. Gelegentlich wird bei einer direkten Kollision eines Neutrinos mit einem Wassermolekül ein energiereiches Elektron oder Myon gebildet. Durch Partikelkollisionen entsteht der Vavilov - Cherenkov - Effekt. Es ist dieser kurze Blitz elektromagnetischer Strahlung, der von den Sensoren fixiert wird. Bei ausreichend großer Kapazität mit Wasser ist es statistisch wahrscheinlich, dass die Anzahl der aufgezeichneten Kollisionen ausreicht, um eine Art „Neutrinoteleskop“ zu erzeugen (technisch gesehen handelt es sich jedoch größtenteils nicht um ein Teleskop, sondern um einen Partikeldetektor). Trotz der Tatsache, dass diese neutralen Teilchen im Universum im Überfluss vorhanden sind, ist in unserer Region des Kosmos die Sonne die Hauptquelle für Neutrinos.

Es gibt drei verschiedene Arten von Neutrinos, die sich in ihren Eigenschaften unterscheiden: Elektron, Tau und Myon. Aufgrund der Bizarrität der Quantenwelt können Neutrinos oszillieren und sich von einem Typ zum anderen bewegen. Das Wesen einer solchen Schwingung ist seit Jahrzehnten Gegenstand zahlreicher Untersuchungen auf dem Gebiet der Kernphysik.

Das Überraschendste an Neutrinogeschmack ist, dass „SuperKamiokande“ nur Elektronenneutrinos einfangen kann. Lange Zeit war es ein Rätsel, warum sich im Sichtfeld des Detektors viel weniger solare Neutrinos befinden, als das wissenschaftliche Modell vorhersagt. Es stellt sich heraus, dass Elektronenneutrinos (deren Anwesenheit Geräte registrieren können) auf ihrem Weg durch den interplanetaren Raum in Myon- und Tau-Neutrinos (die nicht nachgewiesen werden können) oszillieren, was die Diskrepanzen in Zahlen erklärt.

Wissenschaftler sagen, dass etwa die Hälfte der Elektronenneutrinos, deren Energie 2 MeV und weniger beträgt, ihre Eigenart ändern, ohne die Erde zu erreichen. Hochenergetische Neutrinos schwingen noch häufiger. Die Tendenz ist, dass je höher die Neutrinoenergie ist, desto weniger wahrscheinlich wird das Teilchen detektiert. Ein solches merkwürdiges Verhalten des Neutrinos nennt man den „Mikheev-Smirnov-Wolfenstein-Effekt“. Es wurde 1986 von den sowjetischen Physikern Stanislav Mikheev und Alexei Smirnov entdeckt, die nach den Arbeiten des amerikanischen Theoretikers Lincoln Wolfenstein von 1978 forschten. Der MRV-Effekt legt auch nahe, dass Schwingungen in entgegengesetzter Richtung auftreten. Wenn sich Myon- und Tau-Neutrinos durch unseren Planeten bewegen, können sie mit Elektronen in der Zusammensetzung der dichten Erdmaterie interagieren. Infolgedessen können Neutrinos zum elektronischen Typ zurückkehren. Und der Detektor „SuperKamiokande“ scheint es geschafft zu haben, diesen Effekt in Aktion zu setzen.

Nach der Analyse aller Daten, die während der 18-jährigen Beobachtungen gesammelt wurden, stellten die Physiker fest, dass die Anzahl der nachgewiesenen Neutrinos nachts um 3,2% anstieg. Wenn die Seite der Erde, auf der sich der Detektor befindet, nicht von der Sonne beleuchtet wird, müssen die Partikel den Planeten passieren, bevor sie in sein Sichtfeld gelangen. Am Nachmittag erreichen solare Neutrinos den Detektor sofort, nachdem sie eine bestimmte Distanz im Weltraum (und 10-15 km in der Atmosphäre) zurückgelegt haben. Alles deutet darauf hin, dass Myon- und Tau-Neutrinos auf ihrem Weg durch unseren Planeten von der Wirkung des MW betroffen sind.

Trotzdem drängen die Forscher, keine zu lauten Aussagen zu machen. Die statistische Signifikanz solcher Schlussfolgerungen erlaubt es weder, sie als Entdeckung zu bezeichnen, noch gibt sie Anlass, sie als endgültigen Beweis dafür zu betrachten, dass die Wirkungen des MW dem Neutrinoeffekt unterliegen. Die statistische Signifikanz der Forschungsergebnisse beträgt 2,7σ - das heißt, sie sind für die Wissenschaft von Interesse, können jedoch nicht als Entdeckung angesehen werden. Man kann nur dann von Entdeckung sprechen, wenn der Indikator der statistischen Signifikanz 5σ erreicht. Es scheint, dass wir einen größeren Detektor benötigen, um einen solchen Koeffizienten zu erreichen. Glücklicherweise ist der Bau von „HyperKamiokande“ bereits geplant, bei dem möglicherweise sogar Änderungen der Neutrino-Gerüche zur Messung der Felsendichte verwendet werden können.

Der Neutrinodetektor „HyperKamiokande“ wird 25-mal so groß sein wie der „SuperKamiokande“, sodass wir viel mehr Daten erhalten “, sagte David Wark, ein Neutrinoanalytiker der Universität Oxford (der an dieser Studie nicht teilgenommen hat). "Ich bin nicht sicher, ob seine Größe ausreicht, um die Dichte verschiedener Erdschichten mit einer Genauigkeit zu messen, die für die Wissenschaft von Interesse ist, aber auf jeden Fall werden wir in diese Richtung arbeiten."

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