Neutrino-oscillatie

Geschreven door
Beoordeel dit item
(0 stemmen)

a) Een neutrino identiteitscrisis

De vreemde verdwijning van zowel atmosferische muon-neutrino's als zonne-elektronenneutrino's kan zich als een proces van "neutrinoschommeling" of "neutrino-oscillatie" verstaan worden. Wat dat betekent is dat, gezien de juiste voorwaarden, een neutrino van één type in één van een verschillend type kan veranderen; als alle drie de neutrino's een massa van nul, of zelfs de zelfde massa van om het even welke waarde hebben, zou dit niet toegestaan worden.

Als neutrino's massa hebben en daarom van type kunnen veranderen, zouden zowel de atmosferische- als zonneneutrino-problemen kunnen worden opgelost. Dit is omdat muon-neutrino's van de atmosfeer die in tau-neutrino's oscilleren (in een praktische betekenis) experimenteel niet op te sporen zouden zijn. Op dezelfde manier als elektronenneutrino's van de Zon, in muon of tau neutrino's veranderen, zullen zij ook op elkaar inwerken aan een beduidend lager tarief.

b) Waarom oscillatie of schommeling?

De term neutrino "schommeling" werd gekozen omdat de overgang tussen de neutrinotypes niet in een rechte lijn loopt. Met andere woorden, zal een muon-neutrino die in het tau-type wordt getransformeerd eigenlijk afwisselend getransformeerd worden als het verder reist. Dit proces is een probabilistisch gevolg van quantummechanica. Gezien een neutrino die als bepaald type na het reizen van een bepaalde afstand wordt geproduceerd, zal een neutrino een mengsel van twee (of drie) type's worden. Een strenge wiskundige verklaring van neutrinoschommeling is voorbij het werkingsgebied van deze inleiding, maar de overzichten kunnen voor het vereenvoudigde geval worden geschetst waar er slechts twee neutrino's bij het proces zijn betrokken. Het is geen gemakkelijk fenomeen om te verklaren zonder dat het zijn toevlucht neemt tot de wiskunde.

Het is al langer bekend dat de materiedeeltje, in sommige omstandigheden, verwant is aan golven (het effect is waargenomen voor elektronen en vele andere vertrouwde deeltjes). Wanneer de deeltjes zich als golven gedragen, stellen zij een soort frequentie tentoon die aan hun energie evenredig is. Normaal is dit gedrag onbelangrijk, aangezien geen fysisch waarneembare hoeveelheid afhangt of het deeltje bij een piek of langs een trog "materiegolf" doorkomt.

c) Het vangen van de golf

De situatie verandert echter als één golf "interferentie" met een andere kan ondergaan. De interferentie heeft een zeer specifieke betekenis met betrekking tot golfgedrag, dit voegt de betekenissen van één "piek" van de golf toe met de "pieken" van een andere golf om een nog grotere piek ("constructieve interferentie") te veroorzaken, of de pieken van één golf toe te voegen samen met de troggen van een andere golf om beide golven ("vernietigende interferentie") te compenseren. Wanneer twee golven zich naar elkaar toe bewegen zich op deze wijze toevoegen of aftrekt, is er nog geen dramatisch effect als de golven de zelfde golflengte (of frequentie) hebben, aangezien in dat geval de resulterende golf eenvoudiger een groter of kleiner exemplaar van het originele is.

Als enerzijds de mengende golven verschillende frequenties hebben, is de resulterende golf geen vergrote of verminderde versie van één van beiden van de originele golven. In feite, heeft de resulterende golf geen welomlijnde golflengte; op sommige punten mengen de twee golven zich constructief, en bij anderen mengen zij zich destructief. Op punten waar één golf nul is (d.w.z. het snel toenemen of afnemen) en de andere op een minimum of maximum is (d.w.z. dat het ongeveer vlak is), schijnt de gecombineerde golf de frequentie van de eerste golf te hebben. Op andere punten, wordt de situatie omgekeerd en de gecombineerde golf heeft een frequentie dicht bij dat van de tweede golf. De frequentie waarbij dit fenomeen herhaalt is verwant met het rekenkundige verschil in de twee originele frequenties. Inderdaad verandert de gecombineerde golf zijn gedrag van het als één golf zijn, in het zijn als een andere golf met een nieuwe frequentie, gelijk aan het verschil in de individuele frequenties. In het geval van een materiegolf, waar het deeltje een massa heeft dat veel kleiner is dan zijn energie, kan men tonen dat de frequentie aan het vierkant van de massa evenredig is, dat door de impuls wordt verdeeld.

d) Wat is interfering?

Dit is vrij gelijkaardig aan neutrinoschommeling (golven die afwisselend tussen verschillende kenmerken afwisselen). Het klinkt groot, behalve als een bepaalde neutrino één materiegolf heeft, waar is dan de andere materie die zich erin mengt om dit heen en weer floepen te produceren? Het antwoord is dat (in ons vereenvoudigd geval van twee neutrino's) neutrino's eigenlijk zich in elkaar mengen. Op een andere manier, een neutrino kan niet als één enkele golf verspreiden, maar als voorverpakte combinatie van de twee verspreiden. De reden is dat neutrino's in zwakke interactie, of als elektronenneutrino, een muon-neutrino, of een tau neutrino worden geproduceerd. Maar wat als een elektronenneutrino zelf als één van onze gecombineerde golven handelt? Namelijk wat als een elektronenneutrino heeft geen welomlijnde massa, maar in plaats daarvan handelt als onze schizofrenische golf?

e) Het door elkaar mengen

Dat is de veronderstelling van neutrinoschommeling; een elektronenneutrino, wanneer deze is geproduceerd moet in een quantum mechanische staat zijn die, inderdaad twee verschillende massa's heeft. Een muon-neutrino is een gelijkaardig, bijkomend mengsel van de twee massa's. Omgekeerd, moet een neutrino met precies één, welomlijnde massa een mengsel van elektron en muon neutrino's zijn. Wanneer een elektronenneutrino (en zijn gecombineerde materiegolf) worden veroorzaakt en zich beginnen te verspreiden, mengen de twee verschillende massawaarden zich in elkaar. Afhankelijk van het verschil in frequentie tussen de twee golven, zal de aanvankelijke elektronenneutrino gecombineerde golf soms overheerst worden door de één of andere golvensubcomponenten die een specifieke massa en een frequentie hebben. Maar als een neutrino met een welomlijnde massa een mengsel van zowel elektron als muon neutrino's is (deze preconditie voor schommeling wordt genoemd "het door elkaar mengen"), wat als zuivere elektronenneutrino met een mengsel van massa's begon een neutrino met een zuivere massa en een mengsel van elektronenneutrino en muon neutrino-eigenschappen is geworden. In feite kan de gecombineerde de materiegolf van elektronenneutrino's, zoals de twee componenten van de materiegolf met verschillende massa's onregelmatig toevoegen met elkaar en zich verwijderen, en kan op sommige momenten zeer dicht de gecombineerde muon materiegolf naderen. Als neutrino een punt op elkaar inwerkt waar het niet in een welomlijnde definitieve staat is van een elektronenneutrino of een muon-neutrino, welkéén het gedraagt op het moment dat iemand het raad.

f) Conclusie of Verwarring?

Bovengenoemd is een poging om de aannemelijkheid van het idee van neutrinoschommelingen en de implicatie van ongelijke (en vandaar niet-nul) neutrinomassa te schetsen als het fenomeen wordt waargenomen. Het kan de sceptische lezer geruststellen om te weten dat een hoofdzakelijk identiek scenario interferentie/menging/oscillatie in feite experimenteel 20 jaar tussen twee andere subatomische deeltjes, kaons genoemd, is waargenomen. Er is geen vraag dat als neutrino verschillende (niet-nul) massa's heeft, en als zij zich mengen zodat elke neutrino een mengsel van twee of meer verschillende massa's vertegenwoordigt, neutrino schommelingen zal voorkomen. Op dezelfde manier is er geen bekend of ingebeeld mechanisme waardoor neutrino's zonder massa zouden oscilleren.

Vancanneyt Sander

Oprichter & beheerder van Spacepage & Poollicht.be
Sterrenkunde en ruimteweer redacteur.

Dit gebeurde vandaag in 2007

Het gebeurde toen

Vanuit India wordt met behulp van een Indiase PSLV draagraket de Italiaanse Astro‐Rivelatore Gamma a Immagini Leggero (AGILE) ruimtetelescoop in de ruimte gebracht. Deze satelliet werd ontwikkeld om bronnen van gammastralen in het heelal op te sporen. De Italiaanse ruimtetelescoop woog bij zijn lancering 352 kilogram en werd uitgerust met de Gamma Ray Imaging Detector (GRID), SuperAGILE SA en Mini-Calorimeter (MCAL) instrumenten. Foto: ASI

Ontdek meer gebeurtenissen

Het weerbericht op Mars

NGC 2024

NGC 2024
NGC 2024 is ongetwijfeld één van de mooiste deep-sky objecten. Deze prachtige emissienevel bevindt zich in het sterrenbeeld Orion en kreeg de bijnaam 'Vlamnevel'. NGC 2024 vinden we terug vlakbij…

Steun Spacepage!

Deze website wordt aan onze bezoekers blijvend gratis aangeboden maar om de hoge kosten om de site online te houden te drukken moeten we wel het nodige budget kunnen verzamelen. Ook jij kunt uw bijdrage leveren door ons te ondersteunen met uw donatie zodat we u blijvend kunnen voorzien van het laatste nieuws en artikelen boordevol informatie.

39%

Sociale netwerken