Sekoittumista

12.10.2015 klo 03.02, kirjoittaja
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua , Kosmologia

Minulta on kysytty viime tiistaina myönnetystä Nobelin fysiikan palkinnosta, joten sanon siitä lyhyesti.

Palkinto myönnettiin Takaaki Kajitalle ja Arthur B. McDonaldille ”neutriino-oskillaatioiden löytämisestä, jotka osoittavat, että neutriinoilla on massa”. Neutriino-oskillaatioista, eli neutriinojen muuttumisesta toisikseen, annettiin Nobelin palkinto jo vuonna 2002, ja kirjoitin siitä neljä vuotta sitten seuraavasti:

”Tällainen sekoittuminen on mahdollista vain kun neutriinojen massat ovat nollasta eroavia, joten neutriino-oskillaatiot ovat osoitus fysiikasta Standardimallin tuolta puolen. Vaikka tästä myönnettiinkin osa fysiikan Nobelin palkintoa vuonna 2002, löytöä ei kuitenkaan pidetä kovin ihmeellisenä, koska neutriinoiden massat olisi voinut laittaa Standardimalliin alun perinkin. Joskus neutriinojen massat katsotaankin vaivihkaa osaksi Standardimallia, kuin kyseessä olisi päivitys.”

On muuten huomionarvoista, että neutriino-oskillaatiot havaittiin alun perin kokeissa, jotka oli rakennettu etsimään protonin hajoamista, mikä olisi merkki Standardimallia laajemmista yhtenäisteorioista, ja jota ei vieläkään ole nähty. Tämä on esimerkki siitä, että ei voi ennustaa, millaisia kiinnostavia asioita kokeissa tulee vastaan. Koe voi olla parin Nobelin arvoinen, vaikka se ei löytäisi sitä, mitä lähdettiin etsimään.

Neutriinojen oskillaatiot olivat ensimmäinen laboratoriossa havaittu merkki Standardimallin tuonpuolisesta, mutta taivaalta tehtyjen havaintojen perusteella oli jo aiemmin päätelty, että on olemassa pimeää ainetta, mitä Standardimalli ei selitä. 1970-1980-luvuilla kaavailtiin, että pimeä aine voisi koostua neutriinoista, ja tässä niiden massoilla on ratkaiseva merkitys. Nykyään massat kuitenkin tiedetään niin pieniksi, että neutriinot ovat vain pieni osa pimeästä aineesta, korkeintaan prosentin luokkaa.

Kumma kyllä, lopuista 99% pimeästä aineesta ei ole vieläkään myönnetty Nobelin palkintoa, vaikka siitä on monenlaista todistusaineistoa gravitaation kautta (ja sitä etsitään monella tapaa muuten), ja keskeisiä havaintoja tehnyt Vera Rubin on vielä hengissä. Maailmankaikkeuden kiihtyvästä laajenemisestakin myönnettiin Nobelin palkinto, vaikka sen syytä ei ole tyydyttävästi ymmärretty, joten sen, että pimeän aineen hiukkasta ei etsinnöistä huolimatta ole löydetty, ei luulisi olevan esteenä.

Päivitys (12/10/15): Palkittujen nimet lisätty.

11 kommenttia “Sekoittumista”

  1. Jyri Tynkkynen sanoo:

    Voisiko neutrinon spin olla vastuussa pikkiriikkisestä massasta? Vaikka esim. fotonin 1-spinillä ei voi olla massaa, ehkä leptoneiden ½-spinmillä voi???

  2. Syksy Räsänen sanoo:

    Jari Tynkkynen:

    Ei.

    Hiukkasella voi olla massa, vaikka sen spin olisi 1. Fotoni on massaton siksi, että se on sähkömagneettisen vuorovaikutuksen välittäjä, ei siksi, että sen spin on 1.

    Kaikkien muiden Standardimallin ainehiukkasten massa on paljon isompi kuin neutriinojen, vaikka niilläkin on spin 1/2.

  3. Lentotaidoton sanoo:

    Kun neutrinot ja niiden oskillaatioiden mukanaan tuomat massat nyt ovat Nobelien myötä kovasti esillä, eikö olisi Syksy Räsäsenkin puolelta aiheellista selvittää hieman tarkemmin tälläkin palstalla, mistä tässä kaikessa on kysymys. Toki Syksy on aiemminkin ansiokkaasti tätä selvitellyt (ylläolevien linkkienkin mukaisesti) mutta lähinnä (vanhan) standarditeorian puitteissa.

    Vaikka osaltaan hypättäisiin hieman Standarditeorian tontin ulkopuolelle (tai uudelle päivitykselle), kiinnostaisi kovasti asiantuntijan yhteenveto oikeakätisistä neutrinoista, neutraaleista fermioneista eli Majorana-hiukkasista, mahdollisesta leptoniluvun särkymisestä (ja sen vaikutuksesta kosmologiaan, baryogenesiin/leptogenesiin (sähköheikko sphaleroni), CP-symmetriarikkoon jne). Eli yleisesti Sakharovin ehtoihin.

    Miksi neutrinoilla on häviävän pieni massa (ja vastaavasti Majorana-neutrinoilla mahdollisesti valtava massa)? Mistä tulevat neutrinojen massat? Ilmeisesti Higgsillä ei ole mitään tekemistä asian kanssa (vai onko?). Yhteys pimeään aineeseen? Kerro myös hypoteettisestä neutrinottomasta kaksois beta decaystä (jota ilmeisesti myös LHC:ssä jahdataan). Kerro myös kiikkulautasysteemistä (jollaisen teorian ymmärtääkseni myös Kari Enqvist on loihtinut). Jne.

    Maailmanhan pitäisi olla vasen/oikea -symmetrinen. Kö?

  4. Syksy Räsänen sanoo:

    Lentotaidoton:

    Baryogeneesistä on täällä:

    http://www.tiede.fi/blogit/maailmankaikkeutta_etsimassa/aineen_synty

    Voi olla, että palaan vielä oikeakätisiin neutriinoihin ja niiden yhteyteen baryogeneesiin, katsotaan.

  5. Mika sanoo:

    Haluaisitko Syksy jossain tulevassa blogimerkinnässä kommentoida myös tätä koetta ja sen merkitystä: http://hansonlab.tudelft.nl/loophole-free-Bell-test/

  6. Syksy Räsänen sanoo:

    Taustaa on myös täällä:

    https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/kahden-ikkunan-nakoala/

    https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/koopenhaminan-takana/

    Tuon kokeen tulos ei ole odottamaton, eikä se myöskään sulje kaikkia porsaanreikiä, osan vain.

  7. Mika sanoo:

    Kiitos linkeistä. Olen seurannut blogejasi Tiede-lehden ajoista alkaen, joten nämä olivat tuttuja tekstejä, mutta ei kertaus koskaan pahaa tee. Voisitko vielä avata näitä jäljelle jääviä porsaanreikiä? Tutkijathan mainostivat koettaan artikkelinsa otsikossakin ”loophole-freenä”.

    Arjen epätotuus -tekstissä kirjoitit ”Toisin sanoen joko spineillä ei ole koko ajan määrättyä tilaa, tai kahden mittauksen välillä on aina jokin yhteys – vaikka ne tehtäisiin niin nopeasti peräjälkeen, että valo ei ehdi matkata niiden väliä. Kvanttimekaniikassa pätee ensimmäinen vaihtoehto: hiukkasten spineillä ei ole mitään arvoa ennen kuin ne on mitattu.”

    Tarkoitatko, että kvanttifysiikassa mittausten välillä ei ole aina jotain yhteyttä? Minulle muodostui esityksistä se kuva, että nimenomaan spineillä oli yhteys toisiinsa.

  8. Syksy Räsänen sanoo:

    Mika:

    Valintoja siitä, mikä spinin suunta mitataan, ei ole mahdollista tehdä riippumattomasti, koska valitsijat (ja kaikki heihin vaikuttavat ympäristötekijät) ovat olleet yhteydessä toisiinsa.

    Tuo muotoilu yhteydestä on tosiaan vähän harhaanjohtava. Tarkoitin viestiyhteyttä, eli sitä, että mittaustapahtumien välillä kulkee informaatiota. (Kvanttimekaniikassa näin ei tapahdu.)

    Ehkäpä palaan tähän vielä.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *