Nötrinolar, Antinötrinolar (neutrinos, antineutrinos)

Nötrinolar, Antinötrinolar

Partikül	Sem- bol	Spin	L	Kütle, MeV/c2	Elektrik yükü)	Yaşam süresi, s
Elektron nötrino	ne	1/2	+1	< 2.2 x 10-6	0	bilinmiyor
Elektron antinötrino	͞ve	1/2	-1	< 2.2 x 10-6	0	bilinmiyor
Müon nötrino	nm	1/2	+1	< 0.17	0	bilinmiyor
Müon antinötrino	͞nm	1/2	-1	< 0.17	0	bilinmiyor
Tau nötrino	nt	1/2	+1	< 15.5	0	bilinmiyor
Tau antinötrino	͞nt	1/2	-1	< 15.5	0	bilinmiyor

L: lepton sayısı

Partikül	Teori	Keşif
Elektron nötrino, ne	Wolfgang Pauli (1930)	Clyde Cowan, Frederick Reines (1956)
Elektron antinötrino, ͞ve
Müon nötrino, nm	1940’lar sonu	Leon Lederman, Melvin Schwartz and Jack Steinberger (1962)
Müon antinötrino, ͞nm
Tau nötrino, nt	Mid 1970s	DONUT (2000)
Tau antinötrino, ͞nt

Hemen her partikülün bir antimadde denilen bir eşi vardır. Kütlesi kendisiyle aynı, fakat yükü ve başka bazı özellikleri farklıdır. Bu durum nötrinolar için de geçerli gibi görünüyor. Bir nötrinonun başka partiküllerle etkileşimi sonucunda ortaya çıkan partiküllere bakarak, etkileşime girenin nötrino mu yoksa antinötrino mu olduğu anlaşılabiliyor.

Nötrino kendi kendisinin antipartikülü mü?

Nötrinolar ile antinötrinoların bazı özellikleri bilimcilerin şunu merak etmesine yol açıyor: İkisi aslında aynı şey mi? Nötrinolar kendi antipartikülleri mı? Böyle bir durum gluonlar ve Higgs bozonu için de düşünülüyor. Ama eğer nötrinoların kendi antipartikülleri olduğu keşfedilirse, bu onların ufacık kütlelerini nereden edindiklerini açıklayabilir. Dahası, evrenin ilk anlarında nasıl olup da maddenin antimaddeye baskın çıktığı sorusunun anahtarı bu gizemli partikülde saklı olabilir.

Dirac ve Majorana

Antipartikül fikri 1928 yılında, İngiliz fizikçi Paul Dirac’ın kendi adıyla anılan denklemi geliştirmesi ile ortaya çıktı. Çalışması, elektronların ışık hızına yakın hızlara çıkmaları durumunda ne olacağını anlamayı amaçlıyordu. Fakat yaptığı hesaplamalar tuhaf bir gerekliliğin belirmesiyle sonuçlandı: elektronlar bazen negatif enerjili olmalıydı.

Northwestern Üniversitesi’nden kuramsal fizik profesörü André de Gouvêa ‘Dirac, denklemini yazdığı anda antipartiküllerin varolduğunu biliyordu, antipartiküller onun denkleminin bir sonucuydu’, diyor

Fizikçi Carl Anderson, Dirac tarafından öngörülen elektronun antipartikül eşini 1932 yılında deneysel olarak keşfetti, ona pozitron adını verdi; bu, elektrona benzeyen ama pozitif yüklü bir partiküldü.

Dirac’ın öngörüsüne göre zıt işaretli yükler taşımalarının yanısıra, antimadde eşlerin kiralite adı verilen bir özelliklerinin daha karşıt olması gerekiyordu. Kiralite, partiküllerin sahip olduğu içsel kuantum özelliklerden biridir ve her partikül ya sağ kiraliteli ya da sol kiraliteli olur.

Her nötrino için, aynı zamanda elektrik yükü ve yarı-tamsayı dönüşü olmayan ve antineutrino adı verilen bir antipartikül vardır. Bunlar, zıt lepton sayısı ve kiralite değerleri ile nötrinolardan ayırt edilir. 2016 yılı itibariyle başka herhangi bir farklılık için herhangi bir kanıt bulunmamıştır.

Dirac denklemi nötrinolar ile antinötrinoların farklı partiküller olmalarına izin veriyor ve bunun sonucunda dört çeşit nötrino mümkün oluyor: sağ-elli nötrino, sol-elli nötrino, sağ-elli antinötrino ve sol-elli antinötrino. Fakat bilimcilerin o zamanlar düşündüğü gibi nötrinolar kütlesiz ise, sadece sol-elli nötrinolar ve sağ-elli antinötrinoların varolmasına ihtiyaç olacaktı.

1937 yılında İtalyan fizikçi Ettore Majorana bir başka kuram ileri sürdü: Nötrinolar ile antinötrinolar aslında aynı şeydir dedi. Majorana denkleminin nötrino tanımına göre, eğer nötrinoların kütlesi varsa antinötrinolara dönüşebilir ve daha sonra da yeniden nötrinoya dönüşebilirlerdi.

Madde-Antimadde Dengesizliği

Nötrinoların sıfır kütleli olup olmadıkları 1998 senesine dek gizemini korusa da, Super-Kamiokande ve SNO deneyleri çok küçük de olsa bir kütlelerinin olduğunu kesin olarak açığa çıkardı. Bu başarı 2015 Nobel Fizik Ödülü‘ne layık görüldü. O zamandan beri Asya, Avrupa ve Kuzey Amerika’daki çeşitli deney grupları, nötrinoların kendi antipartikülleri olup olmadığını anlamak için uğraş veriyor. Gouvêa, ‘Bunlar son derece zorlu deneyler. Biraz karanlık madde deneylerine benziyorlar, çünkü çok sessiz ortamlarda, çok temiz dedektörlerle ve radyoaktiviteden korunmuş biçimde gerçekleştirilmeleri gerekiyor’ diyor.

Kanıta giden yolda en önemli anahtar lepton sayısı korunumudur. Bilimciler lepton sayısı korunumunu tıpkı enerji korunumu gibi temel bir doğa yasası olarak kabul ediyor. Dolayısıyla, bir etkileşime giren leptonlar ile antileptonların sayısının, etkileşimden önce ve sonra aynı kalması gerekiyor.

Bilimciler büyük patlamadan hemen sonra evrenin eşit miktarda madde ve antimadde içerdiğini düşünüyor. Bu iki partikül tipi etkileşmiş olmalı ve yavaş yavaş birbirlerini yok ederek geride enerjiden başka birşey bırakmamalılardı. Ama bir şekilde öyle olmadı. Lepton sayısının korunmadığını anlamak, şu anki madde-antimadde dengesizliğine izin verecek bir kaçamak durumu izinli kılabilirdi. İşte nötrino etkileşimleri de bu kaçamak durumu bulabileceğimiz bir yer oluyor.

Nötrinosuz çift beta bozunumu

Araştırmacılar lepton sayısı korunumu ihlalini bulmak için çift beta bozunumu süreçlerini inceliyor. En yaygın biçimiyle çift beta bozunumu, bir çekirdeğin başka çekirdeğe dönüşürken iki elektron ve iki antinötrino yayımlayışı biçiminde gelişir. Bu sayede leptonik madde ve antimadde bozunum öncesi ve sonrasında dengelenerek, lepton sayısı korunmuş olur.

Birkaç izotopta gözlemlenen sıradan çift beta bozunumunda, bozunan çekirdekten iki elektron ve iki elektron antinötrino yayılır. Nötrinosuz çift beta bozunumunda sadece elektronlar yayılacaktır; bu, daha önce hiç gözlemlenmemiş varsayımsal bir prosestir.

Feynman diagram; (a) normal 2nbb çift beta bozunumu, (b) nötrinosuz (0nbb) çift beta bozunumu (iki nötron iki protona bozunuyor)

Eğer nötrinolar kendi antipartikülleri ise çift beta bozunumu sırasında yayımlanan antinötrinoların birbirlerini yok etmeleri mümkün olmalıdır. O takdirde de lepton sayısı korunmayacaktır. Buna nötrinosuz çift beta bozunumu adı verilir. Böyle bir tepkime antimadde ile madde arasında dengesizlik yaratabilir. SLAC kuramcılarından nötrino uzmanı Alexander Friedland şöyle değerlendiriyor: ‘kuramsal olarak partiküllerin kütlelerinin nereden geldiğine ilişkin anlayışımızın derinden sarsılmasına yol açabilir. Ayrıca çok çok yüksek enerji ölçeklerinde yeni fizik olduğunu, yani Standart Model’in ötesinde bir şeyler olduğunu da söyleyebilir bize’.

Nötrinolar ile antinötrinoların farklı olma ve Dirac denkleminin belirttiği gibi iki nötrino, iki de antinötrino durumunun mevcut olma olasılığı var. Belki de gözlemlenemeyen iki durumun ele geçirilmesi çok zor olduğu için fizikçiler onları kaçırıyordur.

Ama nötrinosuz çift beta bozunumuna ilişkin kanıt bulunursa, o zaman da Majorana’nın düşüncesi doğru demektir; yani nötrino ile antinötrinonun aslında aynı psrtikül olduğu anlaşılmış olur.

https://en.wikipedia.org/wiki/Double_beta_decay

https://bilimfili.com/notrino-kendi-kendisinin-antiparcacigi-mi/ (2016)

7 Mart 2020

GERİ (partikül fiziği)

GERİ (temel partiküller)

GERİ (fermiyonlar)

GERİ (leptonlar)