Nötrino'nun elektron, proton ve nötron gibi atomaltı parçacıklardan farkı nedir? Ne zaman keşfedildi? Işık hızını geçti mi? Gizemi Nedir? Nötrino hakkında bilinmeyenler yazımızın devamında.
25.07.2015 tarihli yazı 20661 kez okunmuştur.
Nötrino, ışık hızına yakın hıza sahip olan, elektriksel yükü sıfır olan ve maddelerin içinden neredeyse hiç etkileşmeden geçebilen temel parçacıklardır. Çok küçük olduklarından ve neredeyse tamamen etkisizdirler. O kadar küçük parçacıklardır ki elektron dahi onların yanında devasa kalmaktadır.
Nötrinoların elektriksel yükleri sıfır olduğundan, bu parçacıklar elektromanyetik alanlarla neredeyse hiç etkileşimde bulunmazlar. Bu yüzden, elektromanyetik alanlardan ve maddelerin içlerinden kolayca geçebilirler. Bu özellikleri nötrinoları oldukça tuhaf ve algılanması zor bir hale getirir. Öyle ki; dünya üzerinden, santimetre kare başına saniyede yaklaşık 65 milyar nötrino geçip gidiyor.
Peki Nötrinolar Nasıl Keşfedildi?
İlk olarak beta bozunması sırasında momentumun, açısal momentumun ve kütlenin korunması için böyle bir parçacığın olması gerektiği düşünülmüştür. Çünkü Beta bozunmasında yüksüz bir parçacık olan nötron bozunarak negatif yüklü elektron saçmakta ve pozitif yüklü protona dönüşmektedir.
Nötrino, ilk olarak 1930'da Wolfgang Pauli tarafından çekirdekte meydana gelen (o dönem de nötronun bu etkileşimin parçası olduğu bilinmiyordu) ve sonucunda 1 elektron, 1 proton ve 1 karşı-nötrinonun açığa çıktığı beta bozunmasında kütlenin korunumu yasası, momentumun korunumu yasası ve açısal momentumun korunumu yasası sağlaması için öngörülmüştür.
Beta Bozunumu: n0=p++e-+~νe
Pauli, algılanamayan bir parçacığın girenler ve çıkanlar arasındaki enerji, momentum ve açısal momentum farkını taşıdığını teorik olarak ifade etmiştir. Tepkimeye giren ve çıkan parçacıkların toplam enerjisine bakıldığında, tepkimeden önceki enerjinin tepkimeden sonraki enerjiden büyük olduğu görülmüştür. Tepkime öncesi ve sonrası enerjilerin eşit olması gerektiğinden (enerjinin korunumu yasası) buradan yola çıkılarak nötrinonun keşfinde ilk adım atılmıştır.
Pauli bu tahmini parçacığa nötron adını vermiştir. Ancak 1932'de James Chadwick, kütlesi daha büyük olan bir parçacık keşfedip o da nötron adını vermiştir ve her iki parçacık aynı adı taşımıştır. Daha sonra 1934'de beta bozunmasının teorisini üreten Enrico Fermi kütlesi küçük olan bu parçacığa nötrino adını vererek bu karışıklığı gidermiştir. İtalyanca da nötrino küçük nötron anlamına gelir.
► İlginizi Çekebilir: Uzay Zaman Kavramı - Zaman Herkes için Farklı mı İşliyor?
Ters Beta Bozunumu: ~νe+p+=n0+e+
Beta yakalamanın deneysel olarak nötrinonun algılanmasını sağlayacağını öngörmüştür. 1956 yılında bir bilim dergisinde nötrinonun bilim adamları tarafından algılandığı yayınlandı. Bundan yaklaşık 40 yıl sonra bunu gerçekleştiren bilim adamları, çalışmalarıyla 1995'te Nobel Ödülü'nü aldılar.
Nötrinolar Nasıl Yakalandı?
Önceden bahsettiğimiz gibi nötrinoları yakalamak ve gözlemlemek çok zor. Onları algılayabilmek ve gözlemleyebilmek için büyük parçacık detektörlerine ihtiyaç duyuyoruz. Bu parçacık detektörlerinden biri olan ‘‘Super-Kamiokande’’ detektörü, Japonya’nın ‘‘Kamioka’’ bölgesinde bulunuyor. Bu detektör 50 bin ton ultra-saflıkta su ile dolduruluyor. Suda ışık hızından hızlı giden parçacıklar,* tıpkı ses hızından hızlı giden bir uçağın yarattığı şok dalgası gibi, suda ‘’Çerenkov Işıması’’ adı verilen bir şok dalgası yaratıyor ve bu ışıma Super-Kamiokande’nin özel-foto detektörleri tarafından kaydediliyor.
Bu yöntem ile milyarlarca nötrino içinden günde sadece birkaç nötrino gözlemleyebilen bu detektör, bize nötrinoların algılanmasının ne kadar zor olduğunu gösteriyor.
► İlginizi Çekebilir: Cern Anti-Madde Gizeminin Peşinde
Üç tip nötrino vardır: elektron nötrino, müon nötrino ve tau nötrino. Her tip nötrinonun birer tane de karşı nötrino adı verilen parçacık vardır. Elektron nötrinosu (ya da elektron karşı nötrinosu) protonun nötrona dönüşmesinde ortaya çıkar ya da tersi olarak beta bozunmasının iki formu.
Örneğin beta bozunmasında elektronla beraber ortaya bir elektron nötrinosu çıkmaktadır. Aynı şey müon ve tau parçacıkları için de geçerlidir. Müon nötrinosu ve tau nötrinoları ayrıca bulunmaktadır. Tüm bunların yanın da bir de bunların anti parçacıkları vardır. Anti parçacık zıt işaretli yüke sahip, ters spinli parçacıktır. Nötrinoların çok ufak da olsa kütlesi vardır. Fakat en başta kütlesinin olmadığı düşünülmekteydi. Yakın zaman içerisinde ise Japonya’da yerin yüzlerce metre altında yapılan deneyde kütlelerinin olduğu kanaatine varıldı.
Nötrinolar Işık Hızından Daha mı Hızlı?
2011 yılında CERN’de yapılan deneyde ise nötrinolar çarpıcı bir şekilde yeniden sahneye çıktılar ve yapılan ölçümlerde beklenmeyen bir şekilde ışık hızını geçtikleri tespit edildi. Bu da modern fiziğin gözden geçirilmesi anlamına geliyordu. Einstein’in teorisi çöküyor muydu?
Fakat bunun sistematik hata olduğunu düşünenler de vardı. Şayet böyle bir hata varsa ne kadar ölçüm yapılırsa yapılsın aynı sonuç elde edilecekti. Bu sebeple Fermilab (ABD) ve Japonya’daki araştırmacılar ayrıca bu konuyu incelediler. Sonuç olarak yapılan detaylı kontrollerde CERN’deki GPS sisteminde aksaklıklar tespit edildi ve nötrinoların ışık hızını geçtiği iddiası çürütüldü. Nötrinoların ışık hızına yakın hızda hareket ettiği ve ışık hızını geçmediği yapılan detaylı çalışmalar sonucu kesinleşmiş oldu.