Neutrínó-kísérlet

A Wikipédiából, a szabad lexikonból.

A neutrínó kísérletet, másik nevén Cowan és Reines neutrínó kísérletét 1956-ban Clyde L. Cowan és Frederick Reines amerikai fizikusok hajtották végre. Ez a kísérlet bizonyította közvetlenül a neutrínók létezését, ezekét az elektromosan semleges nagyon gyengén kölcsönható részecskékét.

[szerkesztés] Előtörténete

Az 1930-as években a béta-bomlás tanulmányozásával, úgy tűnt, hogy egy harmadik részecske is megjelenk a bomlás során, melynek nulla vagy majdnem nulla a nyugalmi tömege, elektromosan semleges és akkori technikákkal nem volt észlelhető. Feltételezése nélkül ugyanis nem lehetett fenntartani az energia- és a lendületmegmaradás törvényét.

[szerkesztés] Lehetőség a kimutatásra

A béta-bomlásban az előrejelzett részecske, az elektron antineutrínó ( $\bar{v}_e$ ) - képes kölcsönhatni egy protonnal neutront és pozitront (az elektron antirészecskéjét) hozva létre.

$\bar{v}_e + p \rightarrow n + e^+$

A pozitron hamarosan találkozik egy elektronnal, és mindkettő megsemmisül (ezt a folyamatot nevezzük annihilációnak). A keletkező két gamma-sugarat könnyen detektálhatjuk fotoelektron-sokszorozóval.

[szerkesztés] A kísérlet felépítése

Ebben a kísérletben atomreaktort használtak, mivel abból $1012$ to $1013$ neutrínó/(másodperc · cm²) nagyságú neutrínófluxust vártak, jóval nagyobbat, mint amely radioaktív forrásokból elérhető.

A neutrínók az előzőekben ismertett módon kölcsönhat a egy víztartály protonjaival, neutronokat és pozitronokat keltve. A pozitronok gamma-sugarakat keltenek, amikor elektronokkal annihillálnak.

A gamma-sugarak a víztartályba helyezett szcintillátorral észlelhető. A szcintillátorban gamma-sugárzás hatására fellvillanások jönnek létre, amelyet fotoelektron-sokszorozóval detektálhatunk.

Mivel ez önmagában nem elég meggyőző, ezért egy ellenőrzési módszert iktattak be.

A neutronokat a tartályba helyezett kadmium-kloriddal mutatták ki. A kadmium nagyon hatékony neutronelnyelő (ezért is használják atomerőművekben szabályozásra) és gamma-sugarakat bocsát ki neutronok elnyelésekor.

$n + ^{108} Cd \rightarrow ^{109} Cd* \rightarrow ^{109} Cd + \gamma$

Az elrendezés olyan volt, hogy a kadmiumból származó gamma-sugarak 5 mikroszekundummal a pozitronból származók után jelentek meg, ha a pozitron valóban neutrínóból származott.

[szerkesztés] Az eredmények

A kísérlet előkészületeit Hanfordban végezték el, később a kísérletet Savannah Riverben folyatták egy Augusta, Georgia közelében, ahol a kozmikus sugárzás ellen jobb védelmet tudtak biztosítani. Ez a sugárzásvédett terület 11 méterre volt a reaktortól és 12 méter mélyen a fölld alatt.

Két tartályt használtak összesen 200 liter vízzel, melyben 40 kg oldott $\operatorname{CdCl}_2$ volt. A víztartály három szcintillátor között helyezkedett el szendvicsszerűen. Mindegyik szcintillátorban 110 5 inch-es fotoelektronsokszorozót tartalmazott.

Több hónapos adatgyűjtés után nagyjából óránkénti három neutrínót voltak képesek detektálni. Hogy teljesen biztosak legyenek, hogy neutrínókat észleltek, leállították a reaktort, hogy megnézzék, eltérő eseményszémot kapnak-e.

A hatáskeresztmetszetre a számított előrejelzésük nagyjából $6 \cdot 10^{-44}\, \mathrm{cm}^2$ volt a mérésből $6,3 \cdot 10^{-44}\, \mathrm{cm}^2$ értéket kaptak. Eredményeiket 1956-ban tették közzé.

A kísérlet elvégzéséért 1995-ben Reinest fizikai Nobel-díjjal jutalmazták.

[szerkesztés] Lásd még

elemi részecske, részecskefizika

[szerkesztés] Források

Az angol szócikk
Herbert Pietschmann: A neutrínó - múlt, jelen, jővő, Fizikai Szemle, 2006. január 2-6. old.

[szerkesztés] Irodalom

F. Reines, C.L. Cowan - Phys. Rev. 92(1953) 830, 1088, Az első cikk, melyet kis eseményszáma miatt kritizáltak.
Az általánosan elfogadott mérést tárgyaló cikkek:
- C.L. Cowan at al. — Science 124(1956)
- F. Reines, C.L. Cowan - Phys. Rev. 113(1959) 273