นิวทริโน

นิวทริโน/ปฏินิวทริโน

การใช้ห้องฟองไฮโดรเจน (อังกฤษ: hydrogen bubble chamber) ตรวจจับนิวทริโนเป็นครั้งแรกเมื่อวันที่ 13 พฤศจิกายน 1970 ที่ห้องทดลองแห่งชาติที่ Argonne นิวทริโนเข้าชนโปรตอนในอะตอมของไฮโดรเจน การปะทะกันเกิดขึ้นที่จุดที่เห็นได้เป็นสามรอยกระจายออกมาทางด้านขวาของภาพ
ส่วนประกอบ	อนุภาคมูลฐาน
สถิติ (อนุภาค)	Fermionic
ชั่วรุ่น	ที่ 1, ที่ 2 และ ที่ 3
อันตรกิริยาพื้นฐาน	อันตรกิริยาอย่างอ่อน และ แรงโน้มถ่วง
สัญญลักษณ์	Ve, Vμ, VT, Ve, Vμ, VT
ปฏิยานุภาค	ปฏินิวทริโนมีความเป็นไปได้ที่จะเหมือนนิวทริโน (ดู Majorana fermion).
ทฤษฎีโดย	Ve (Electron neutrino): Wolfgang Pauli (1930) Vμ (Muon neutrino): ปลายปี 1940s VT (Tau neutrino): กลางปี 1970s
ค้นพบโดย	Ve: Clyde Cowan, Frederick Reines (1956) Vμ: Leon Lederman, Melvin Schwartz และ Jack Steinberger (1962) VT: DONUT collaboration (2000)
จำนวนชนิด	3 ชนิด – อิเล็กตรอนนิวทริโน, มิวออนนิวทริโน และเทานิวทริโน
มวล	น้อย, แต่ไม่เป็นศูนย์
ประจุไฟฟ้า	0 e
สปิน	1/2
Weak hypercharge	−1
B − L	−1
X	−3

นิวทริโน (อังกฤษ: Neutrino) เป็นอนุภาคมูลฐาน ที่เป็นกลางทางไฟฟ้า และมีค่าสปิน (ฟิสิกส์)เท่ากับครึ่งจำนวนเต็ม นิวทริโน (ภาษาอิตาลีหมายถึง "สิ่งเป็นกลางตัวน้อย") ใช้สัญลักษณ์แทนด้วยอักษรกรีกว่า $\nu _{}^{}$ (นิว) มวลของนิวทริโนมีขนาดเล็กมากเมื่อเปรียบเทียบกับอนุภาคย่อยอื่นๆ และเป็นอนุภาคเพียงชนิดเดียวที่รู้จักในขณะนี้ที่มีความเป็นไปได้ว่าจะเป็นสสารมืด โดยเฉพาะอย่างยิ่งสสารมืดร้อน

นิวทริโนเป็นเลปตอน กลุ่มเดียวกับอิเล็กตรอน มิวออน และเทา (อนุภาค) แต่ไม่มีประจุไฟฟ้า แบ่งเป็น 3 ชนิด (หรือ flavour) ได้แก่ อิเล็กตรอนนิวทริโน (V_e) มิวออนนิวทริโน (V_μ) และเทานิวทริโน (V_T) แต่ละเฟลเวอร์มีคู่ปฏิปักษ์ (ปฏิยานุภาค) ของมันเรียกว่า "ปฏินิวทริโน" ซึ่งไม่มีประจุไฟฟ้าและมีสปินเป็นครึ่งเช่นกัน นิวทริโนถูกสร้างขึ้นในวิธีที่อนุรักษ์ เลขเลปตอน นั่นคือ เมื่อมี อิเล็กตรอนนิวทริโน ถูกสร้างขึ้น หนึ่งตัว จะมี โพซิตรอน (ปฏิอิเล็กตรอน) หนึ่งตัวถูกสร้างขึ้นด้วย และเมื่อมี อิเล็กตรอนปฏินิวทริโนหนึ่งตัวถูกสร้างขึ้น ก็จะมีอิเล็กตรอนหนึ่งตัวถูกสร้างขึ้นเช่นกัน

นิวทริโนไม่มีประจุไฟฟ้า จึงไม่ถูกกระทบโดยแรงแม่เหล็กไฟฟ้าที่จะกระทำต่อทุกอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า และเนื่องจากมันเป็นเลปตอน จึงไม่ถูกกระทบโดยอันตรกิริยาอย่างเข้มที่จะกระทำต่อทุกอนุภาคที่ประกอบเป็นนิวเคลียสของอะตอม นิวทริโนจึงถูกกระทบโดย อันตรกิริยาอย่างอ่อน และ แรงโน้มถ่วง เท่านั้น แรงอย่างอ่อนเป็นปฏิสัมพันธ์ที่มีระยะทำการสั้นมาก และแรงโน้มถ่วงก็อ่อนแออย่างสุดขั้วในระยะทางระดับอนุภาค ดังนั้นนิวทริโนโดยทั่วไปจึงสามารถเคลื่อนผ่านสสารทั่วไปได้โดยไม่ถูกขวางกั้นและไม่สามารถตรวจจับได้

นิวทริโนสามารถสร้างขึ้นได้ในหลายวิธี รวมทั้งในหลายชนิดที่แน่นอนของการสลายให้กัมมันตรังสี, ในปฏิกิริยานิวเคลียร์ เช่นพวกที่เกิดขึ้นในดวงอาทิตย์, ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์, เมื่อรังสีคอสมิกชนกับอะตอมและในซูเปอร์โนวา ส่วนใหญ่ของนิวทริโนในบริเวณใกล้โลกเกิดจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ในดวงอาทิตย์ ในความเป็นจริง นิวทรืโนจากดวงอาทิตย์ประมาณ 65 พันล้านตัว (6.5×10¹⁰) ต่อวินาทีเคลื่อนที่ผ่านทุก ๆ ตารางเซนติเมตรที่ตั้งฉากกับทิศทางของดวงอาทิตย์ในภูมิภาคของโลก

นิวทริโนมีการ แกว่ง (อังกฤษ: oscillate) ไปมาระหว่างฟเลเวอร์ที่แตกต่างกันเมื่อมีการเคลื่อนที่ นั่นคิอ อิเล็กตรอนนิวทริโนตัวหนึ่งที่ถูกสร้างขึ้นในปฏิกิริยาการสลายให้อนุภาคบีตา อาจกลายเป็นมิวออนนิวทริโนหรือเทานิวทริโนหนึ่งตัวเมื่อมาถึงเครื่องตรวจจับ ซึ่งนิวทริโนแต่ละชนิดจะมีมวลไม่เท่ากัน ถึงแม้ว่ามวลเหล่านี้มีขนาดที่เล็กมาก จากการวัดทางจักรวาลวิทยา ได้มีการคำนวณว่าผลรวมของมวลนิวทริโนสามตัวน้อยกว่าหนึ่งในล้านส่วนของมวลอิเล็กตรอน

ประวัติ

ข้อเสนอของเพาลี

นิวทริโน ถูกตั้งสมมติฐานครั้งแรกโดย โวล์ฟกัง เพาลี (Wolfgang Pauli) ในปี 1930 เพื่ออธิบาย การสลายให้อนุภาคบีตา ตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน, โมเมนตัม, และโมเมนตัมเชิงมุม (สปิน) ในทางตรงกันข้ามกับ นีลส์ บอร์ ผู้เสนอเวอร์ชันทางสถิติของกฎการอนุรักษ์ที่จะอธิบายถึงปรากฏการณ์ เพาลีตั้งสมมติฐานถึงอนุภาคที่ไม่สามารถตรวจพบได้และเรียกมันว่า "นิวตรอน" ซึ่งเป็นผลิตผลจากการสลายให้อนุภาคอัลฟาและบีตา อย่างไรก็ตาม เพาลี ไม่ได้เผยแพร่สมมุติฐานและชื่อนี้

$n^{0}$ $\longrightarrow$ $p^{+}$ + $e^{-}$ + ${\bar {v}}$_e

ในปี 1932 เจมส์ แชดวิก (James Chadwick) ได้ประกาศการค้นพบอนุภาคนิวเคลียร์ชนิดใหม่ที่มีมวลมาก และตั้งชื่อว่า นิวตรอน ซึ่งใช้มาจนถึงปัจจุบัน ต่อมา เอนรีโก แฟร์มี ผู้พัฒนาทฤษฎีของการสลายให้อนุภาคบีตา เป็นผู้บัญญัติศัพท์คำว่า นิวทริโน (neutrino) ให้กับอนุภาคตามสมมุติฐานของเพาลี มีความหมายว่าอนุภาคที่เป็นกลางคือไม่มีประจุไฟฟ้า

แหล่งข้อมูลอื่น

• NEUTRINO UNBOUND: On-line review and e-archive on Neutrino Physics and Astrophysics
• Nova: The Ghost Particle: Documentary on US public television from WGBH