Η αβάσταχτη ελαφρότητα του νετρίνο -ΝΕΤΡΙΝΟ ΕΝΑ ΑΝΑΤΡΕΠΤΙΚΟ ΣΩΜΑΤΙΔΙΟ

Γράφει ο Μιχάλης Καρλής

To νετρίνο είναι ένα υποατομικό σωματίδιο που η ανακάλυψη του ενίσχυσε τη  φιλοσοφική άποψη ότι η θεωρητική σκέψη μπορεί να προηγείται της εμπειρίας.

Ότι δεν γίνεται αντιληπτό με την εμπειρία δεν σημαίνει ότι δεν υπάρχει ,πιθανόν να μπορεί να προσεγγιστεί με το νου.Αυτό είναι και το βασικό επιχείρημα της μεταφυσικής σκέψης και των θρησκειών.

Η ανακάλυψη του νετρίνο θυμίζει αστυνομική ιστορία.Από την εποχή της Μαρίας Κιουρί ήταν γνωστή η πυρηνική διάσπαση,κατά την οποία όταν διασπάται ο πυρήνας ενός ατόμου μετατρέπεται σε έναν άλλο με μικρότερη μάζα και συγχρόνως εκπέμπεται ένα ηλεκτρόνιο.
                               ^A_Z X   ---  ^Α_Ζ+1Ψ + e^-


Wolfgang Pauli  1900-1958

Το αποτέλεσμα αυτής της εργαστηριακής εμπειρίας έπρεπε να συμφωνεί με τους νόμους της φυσικής, όπως την αρχή διατήρησης του φορτίου,την αρχή διατήρησης της ενέργειας και της.......
ορμής .Μάλιστα το ηλεκτρόνιο που παράγεται από τη πυρηνική αντίδραση πρέπει να έχει συγκεκριμένη ενέργεια ίση με τη διαφορά μάζας του μητρικού και του θυγατρικού πυρήνα.

Η πειραματική μελέτη έδειξε ότι παραβιαζόταν και η αρχή διατήρησης της ενέργειας και της ορμής.

Η θεωρητική σκέψη ανέλαβε να λύσει το μυστήριο.

Το 1932 ο Θεωρητικός Φυσικός Wolfgang Pauli  διέλυσε τη σύγχυση που επικράτησε στο κόσμο των φυσικών με αυτό το ερώτημα.

Θεώρησε ότι ένα τρίτο σωματίδιο παράγεται στη πυρηνική διάσπαση  που δεν μπορούσε προφανώς να γίνει αντιληπτό από τους ανιχνευτές εκείνης της εποχής.

Πρόβλεψε ότι έχει μηδενική μάζα ,δεν έχει φορτίο ,κινείται με τη ταχύτητα του φωτός και έχει τόση ενέργεια και ορμή όση χρειάζεται ώστε να συμπληρώσει το έλλειμμα ενέργειας και ορμής που παρατηρήθηκε στο εργαστήριο .Ένα σωματίδιο πραγματικό φάντασμα δημιούργημα της φαντασίας του Pauli.

To υποθετικό νετρίνο λόγω των ιδιοτήτων που του αποδόθηκαν από το Pauli ήταν εξαιρετικά δύσκολο να ανιχνευθεί ,λόγω του μηδενικού φορτίου και επειδή αλληλεπιδρά μόνο με την ασθενή πυρηνική αλληλεπίδραση, αντιδρά σπάνια με την ύλη. Μπορεί να περάσει από τη Γη ή τον Ήλιο και να μην αλληλεπιδράσει πιθανότατα με τους πυρήνες των ατόμων .Η πιθανότητα αλληλεπίδρασης εξαρτάται από την ενέργεια του νετρίνο .Τα χαμηλής ενέργειας μπορούν να διαπεράσουν μόλυβδο πάχους μερικών δεκάδων ετών φωτός !!!!Παράλληλα  το νετρίνο λόγω του μηδενικού φορτίου δεν αλλάζει κατεύθυνση κατά τη πορεία του .H πειραματική επιβεβαίωση της ύπαρξης του νετρίνο έγινε το 1958, τη χρονιά που πέθανε ο Pauli.

Σήμερα γνωρίζουμε ότι υπάρχουν τρείς τύποι  νετρίνο,τα οποία συνδέονται με τα τρία λεπτόνια το ηλεκτρόνιο,το μιόνιο και το ταυ  .                
.
Υπάρχουν και τα αντισωματίδια των τριών λεπτονίων και τα αντίστοιχα αντινετρίνο.

Αστρονομία και νετρίνο.

Τα άστρα θέλγουν τον άνθρωπο από την αρχή της ιστορίας .Τα πρώτα μαθηματικά ή η μέτρηση του χρόνου άρχισε από την ανάγκη των πρώτων παρατηρητών να μετρήσουν και να καταγράψουν τη θέση των άστρων.Ο πρώτος μεταφορέας πληροφοριών είναι το ορατό φως που αποτελείται από σωματίδια τα φωτόνια.Μέχρι πρόσφατα τα φωτόνια ήταν το μοναδικό σωματίδιο που έφτανε σε μας από τα άστρα και μας πληροφορούσε για το μηχανισμό της δημιουργίας της ζωής τους και του θανάτου τους.

Το τελευταίο αιώνα χρησιμοποιήθηκαν για τη μελέτη των άστρων φωτόνια του μη ορατού τμήματος της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας .Χρησιμοποιήθηκαν  ραδιοτηλεσκόπια,τηλεσκόπια υπερύθρων ,υπεριώδους ακτινοβολίας ,ακτίνων Χ και ανιχνευτές στοιχειωδών σωματιδίων της ύλης όπως ηλεκτρόνια ,ακτίνες γ.

Όλα τα σωματίδια που έρχονται από τα άστρα έχουν ένα βασικό μειονέκτημα αλληλεπιδρούν με την ύλη.Έτσι το φωτόνιο που έρχεται από ένα μακρινό άστρο μέχρι να φτάσει στη Γη θα απορροφηθεί από ένα άλλο άστρο ,από άλλο πλανήτη ή ακόμη από την ατμόσφαιρα της Γης.Μπορεί να απορροφηθεί από τη κοσμική σκόνη τα νεφελώματα ,επίσης να συγκρουστεί με στοιχειώδη σωμάτια που υπάρχουν διάσπαρτα στο σύμπαν να απορροφηθεί ή να αλλάξει κατεύθυνση .

Το νετρίνο όμως με τις ιδιότητες που το περιέγραψε ο Pauli είναι το ιδανικότερο σωματίδιο για τη μελέτη του σύμπαντος .Δύσκολα απορροφάται από την ύλη δεν αλλάζει πορεία από τη στιγμή της εκπομπής του.Συνεπώς αν παρατηρήσουμε την τροχιά ενός νετρίνο μπορούμε να προσδιορίσουμε από ποιο σημείο του σύμπαντος προέρχεται.Να κάνουμε δηλαδή αστρονομική παρατήρηση.Μεγάλο μέρος των νετρίνο που υπάρχουν στο διάστημα προέρχονται από τη μεγάλη έκρηξη.Αυτά λόγω της διαστολής του σύμπαντος ,έχουν τώρα χαμηλή  ενέργεια και μηδενική πιθανότητα ανίχνευσης. Τα πλέον κατάλληλα νετρίνο για Αστρονομικές παρατηρήσεις  για τη μελέτη του σύμπαντος με μεγαλύτερη πιθανότητα ανίχνευσης είναι τα νετρίνο υψηλής ενέργειας που παράγονται από εξαιρετικά βίαιες διεργασίες σε πυρήνες γαλαξιών ή σε εκλάμψεις ακτίνων γ.Όταν το νετρίνο υψηλής ενέργειας, έστω και με μικρή πιθανότητα να αλληλεπιδράσει με την ύλη, θα δώσει ένα ηλεκτρόνιο ή ένα μιόνιο ή ένα ταυ σωματίδιο .Από αυτά τα τρία λεπτόνια που θα παραχθούν το πλέον κατάλληλο για να παρατηρήσουμε αστρικά νετρίνο με ένα ανιχνευτή που βρίσκεται στη Γη είναι το μιόνιο διότι έχει την ίδια κατεύθυνση κίνησης με το νετρίνο που το παρήγαγε,ενώ τα άλλα δυο ή απορροφώνται εύκολα από την ύλη ή αλλάζουν πορεία.Το παραγόμενο μιόνιο διερχόμενο από την ύλη την αναγκάζει να εκπέμπει ακτινοβολία και έτσι εμμέσως ανιχνεύεται το νετρίνο.

Τηλεσκόπιο νετρίνων ΝΕΣΤΩΡ

Στο φρέαρ των Οινουσσών στο θαλάσσιο χώρο κοντά στη Πύλο στο Νομό Μεσσηνίας υπάρχει το μεγαλύτερο βάθος της Μεσογείου 4850 μέτρα.

Είναι ο πλέον κατάλληλος χώρος για τη πόντιση ενός ανιχνευτή νετρίνο.

Ο ανιχνευτής νετρίνο είναι ουσιαστικά ένας φωτοπολλαπλασιαστής του φωτός(ακτινοβολία Cherenkov) που παράγεται από τα  μιόνια, όταν νετρίνα συγκρούονται με τα άτομα των στοιχείων που σχηματίζουν το μόριο του νερού .Θα πρέπει ο ανιχνευτής να είναι σε βάθος 4000 μ ώστε να απορροφώνται τα ατμοσφαιρικά μιόνια  που δημιουργούνται από την επίδραση της κοσμικής ακτινοβολίας με την ατμόσφαιρα και επομένως να ανιχνεύουμε μόνο τα νετρίνο που προέρχονται από το διάστημα.

Σκοπός του τηλεσκοπίου ΝΕΣΤΟΡ είναι διπλός 1)Να μελετήσει όπως όλα τα τηλεσκόπια τον ουρανό (αντί των φωτονίων).

2)Να μελετήσει αυτά καθαυτά τα μυστηριώδη σωματίδια νετρίνο.
(Στην εικόνα το σχέδιο των φωτοπολλαπλασιαστών του Νέστωρα στα διάφορα επίπεδα )

Μια νέα ανακάλυψη για τις ιδιότητες του νετρίνο??

Από το CERΝ ανακοινώθηκε ότι μετρήσεις που διεξάγονται τα τελευταία τρία χρόνια αποκάλυψαν νετρίνα τα οποία κινούνταν με ταχύτητα μεγαλύτερη κατά 60 δισεκατομμυριοστά του δευτερολέπτου (nanosecond) σε σύγκριση με εκείνη του φωτός καλύπτοντας μια απόσταση 730 χιλιομέτρων μεταξύ της Γενεύης και ενός εργαστηρίου στο Γκραν Σάσο της Ιταλίας.

Τα νετρίνα εμφανίζονται με τρεις τύπους πρόσφατα αποδείχθηκε ότι μπορούν να αλλάξουν αυθόρμητα τύπο. Επιστημονική ομάδα  δημιούργησε μια δέσμη ενός τύπου νετρίνων - μιονικά νετρίνα- και τα έστειλαν από το CERN στο εργαστήριο στο Γκραν Σάσο. Στόχος τους ήταν να δουν πόσα από αυτά τα σωματίδια θα άλλαζαν τύπο (θα μετατρέπονταν συγκεκριμένα σε ταυ-νετρίνα).

Διεξάγοντας αυτά τα πειράματα όμως οι ειδικοί παρατήρησαν ότι τα σωματίδια κάλυπταν την απόσταση των 730 χιλιομέτρων ταχύτερα από ό,τι το φως. Έμειναν τόσο έκπληκτοι από τα αποτελέσματά τους ώστε επανέλαβαν το πείραμα περί τις 15.000 φορές. Έτσι τα ευρήματά τους είναι στατιστικά σημαντικά, τόσο ώστε να ταράξουν για καλά τα νερά της φυσικής. 

Εάν επιβεβαιωθούν τότε θα ανατρέψουν μια βασική αρχή της Ειδικής Θεωρίας της Σχετικότητας που θεμελίωσε το 1905 ο Αλβέρτος Αϊνστάιν. Σύμφωνα με αυτήν τίποτα στο Σύμπαν δεν μπορεί να ταξιδέψει ταχύτερα από το φως. Η ταχύτητα του φωτός είναι 300.000 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο. Έτσι ένα ταξίδι να πας και να έρθεις στη σελήνη με ένα φανταστικό φωτοαεροπλάνο διαρκεί περίπου δύο δευτερόλεπτα.

Ο δρ Ερεντιτάτο ερευνητής του CERN ζήτησε νέες ανεξάρτητες μετρήσεις από άλλες ομάδες, καθώς όπως είπε, τα ευρήματα της ομάδας του, εάν ευσταθούν, θα αλλάξουν τη φυσική. «Δεν ισχυριζόμαστε τίποτα, θέλουμε απλώς να βοηθηθούμε από την επιστημονική κοινότητα προκειμένου να καταλάβουμε τα ''τρελά'' μας αποτελέσματα, διότι πρόκειται πράγματι για ''τρελά'' αποτελέσματα».