Кіріспе
Өте төмен салмақты элементар бөлшек
A neutrino (/nj//uː/'/t//r//iː//n//oʊ/ newTREEnoh; denoted by the Greek letter ν) is a fermion (an elementary particle with spin of ) that interacts only via the weak interaction and gravity. Thus, neutrinos typically pass through normal matter unimpeded and undetected. Weak interactions create neutrinos in one of three leptonic flavors:
electron neutrino,
muon neutrino,
tau neutrino,
Each flavor is associated with the correspondingly named charged lepton. Although neutrinos were long believed to be massless, it is now known that there are three discrete neutrino masses with different tiny values (the smallest of which could even be zero), but the three masses do not uniquely correspond to the three flavors: A neutrino created with a specific flavor is a specific mixture of all three mass states (a quantum superposition). Similar to some other neutral particles, neutrinos oscillate between different flavors in flight as a consequence. For example, an electron neutrino produced in a beta decay reaction may interact in a distant detector as a muon or tau neutrino. The three mass values are not yet known as of 2024, but laboratory experiments and cosmological observations have determined the differences of their squares, an upper limit on their sum (< 2.14), and an upper limit on the mass of the electron neutrino. Neutrinos are created by various radioactive decays; the following list is not exhaustive, but includes some of those processes:
beta decay of atomic nuclei or hadrons
natural nuclear reactions such as those that take place in the core of a star
artificial nuclear reactions in nuclear reactors, nuclear bombs, or particle accelerators
during a supernova
during the spin down of a neutron star
when cosmic rays or accelerated particle beams strike atoms
The majority of neutrinos which are detected about the Earth are from nuclear reactions inside the Sun. At the surface of the Earth, the flux is about 65 billion (6.5) solar neutrinos, per second per square centimeter. Neutrinos can be used for tomography of the interior of the Earth.
Нейтрино (/nj//uː/'/t//r//iː//n//oʊ/ newTREEnoh; грек әрпімен ν) – әлсіз өзара әсерлесу және гравитация арқылы ғана өзара әрекеттесетін фермион (спині бар элементар бөлшек). Сондықтан, нейтринолар әдетте қалыпты материя арқылы кедергісіз және анықталмай өтеді. Әлсіз өзара әрекеттесулер нейтриноларды үш лептондық дәмнің бірінде жасайды: электронды нейтрино, мюонды нейтрино, тау нейтриносы. Әр дәм сәйкесінше аталған зарядталған лептонмен байланысты. Нейтринолардың массасыз екендігіне бұрын сенгенмен, қазір әртүрлі шағын мәндері бар үш дискретті нейтрино массасы бар екені белгілі (олардың ең кішісі тіпті нөлге тең болуы мүмкін), бірақ үш масса үш дәмге толық сәйкес келмейді: белгілі бір дәммен туған нейтрино – барлық үш массалық күйдің белгілі бір қоспасы (кванттық суперпозиция). Кейбір басқа бейтарап бөлшектер сияқты, нейтринолар да ұшу кезінде әртүрлі дәмдер арасында осцилляция жасайды. Мысалы, бета-ыдырау реакциясында пайда болған электронды нейтрино алыстағы детекторда мюон немесе тау нейтриносы ретінде өзара әрекеттесуі мүмкін. 2024 жылдың өзінде үш массаның мәні әлі белгісіз, бірақ зертханалық тәжірибелер мен космологиялық байқаулар олардың квадраттарының айырмашылығын, олардың қосындысының жоғарғы шегін (<2.14) және электронды нейтриноның массасының жоғарғы шегін анықтады. Нейтринолар әртүрлі радиоактивті ыдыраулар арқылы пайда болады; келесі тізім толық емес, бірақ кейбір процестерді қамтиды: атом ядроларының немесе адрондардың бета-ыдырауы, жұлдыз ядросындағы табиғи ядролық реакциялар, ядролық реакторларда, ядролық бомбаларда немесе бөлшектер үдеткіштеріндегі жасанды ядролық реакциялар, супернова кезінде, нейтрон жұлдызының айналу жылдамдығы төмендегенде, ғарыштық сәулелер немесе үдетілген бөлшектер шоғы атомдарға шапқанда. Жер маңында анықталатын нейтринолардың көп бөлігі Күн ішіндегі ядролық реакциялардың нәтижесінде пайда болады. Жер бетіндегі ағын шамамен 65 миллиард (6,5) күн нейтриносына, секундына шаршы сантиметрге тең. Нейтриноларды Жердің ішкі құрылымын томографиялау үшін пайдалануға болады.
A neutrino (/nj//uː/'/t//r//iː//n//oʊ/ newTREEnoh; denoted by the Greek letter ν) is a fermion (an elementary particle with spin of ) that interacts only via the weak interaction and gravity. Thus, neutrinos typically pass through normal matter unimpeded and undetected. Weak interactions create neutrinos in one of three leptonic flavors:
electron neutrino,
muon neutrino,
tau neutrino,
Each flavor is associated with the correspondingly named charged lepton. Although neutrinos were long believed to be massless, it is now known that there are three discrete neutrino masses with different tiny values (the smallest of which could even be zero), but the three masses do not uniquely correspond to the three flavors: A neutrino created with a specific flavor is a specific mixture of all three mass states (a quantum superposition). Similar to some other neutral particles, neutrinos oscillate between different flavors in flight as a consequence. For example, an electron neutrino produced in a beta decay reaction may interact in a distant detector as a muon or tau neutrino. The three mass values are not yet known as of 2024, but laboratory experiments and cosmological observations have determined the differences of their squares, an upper limit on their sum (< 2.14), and an upper limit on the mass of the electron neutrino. Neutrinos are created by various radioactive decays; the following list is not exhaustive, but includes some of those processes:
beta decay of atomic nuclei or hadrons
natural nuclear reactions such as those that take place in the core of a star
artificial nuclear reactions in nuclear reactors, nuclear bombs, or particle accelerators
during a supernova
during the spin down of a neutron star
when cosmic rays or accelerated particle beams strike atoms
The majority of neutrinos which are detected about the Earth are from nuclear reactions inside the Sun. At the surface of the Earth, the flux is about 65 billion (6.5) solar neutrinos, per second per square centimeter. Neutrinos can be used for tomography of the interior of the Earth.
Нейтринолық дәмді
Клайд Кован мен Фредерик Рейнс ашқан антинейтрино электрон нейтриносының антибөлшегі болды. 1962 жылы Леон М. Ледерман, Мелвин Шварц және Джек Штайнбергер мюон нейтриносының (бұрын «нейтретто» деп аталған гипотезасы бар) өзара әрекеттесуін анықтау арқылы, нейтриноның бірнеше түрі бар екенін көрсетті, осыған байланысты олар 1988 жылы физика саласындағы Нобель сыйлығын алды. 1975 жылы Стэнфорд сызықтық үдеткіш орталығында үшінші лептон – тау табылды, соған байланысты оның да сәйкес нейтриносы (тау нейтриносы) болатыны күтілді. Бұл үшінші нейтрино түрінің алғашқы дәлелі, электрон нейтриносының ашылуына себеп болған бета-ыдырауға ұқсас, тау ыдырауындағы жоғалған энергия мен импульстің байқалуынан туындады. Тау нейтриносының өзара әрекеттесуін алғаш рет 2000 жылы Фермилабтағы DONUT ынтымақтастығы жариялады; оның бар екендігі бұрыннан теориялық тұжырымдамалармен және Үлкен электрон-позитрон коллайдерінен алынған тәжірибелік деректермен расталған болатын.
which earned them the 1988 Nobel Prize in Physics. When the third type of lepton, the tau, was discovered in 1975 at the Stanford Linear Accelerator Center, it was also expected to have an associated neutrino (the tau neutrino). The first evidence for this third neutrino type came from the observation of missing energy and momentum in tau decays analogous to the beta decay leading to the discovery of the electron neutrino. The first detection of tau neutrino interactions was announced in 2000 by the DONUT collaboration at Fermilab; its existence had already been inferred by both theoretical consistency and experimental data from the Large Electron–Positron Collider.
Күн нейтриноларының проблемасы
1960 жылдары қазір танымал болған "Хомстейк" эксперименті Күннің ядросынан келетін электронды нейтринолардың ағынын алғаш рет өлшеді және Стандартты Күн моделі болжаған мәннен үштен бірінен жартысына дейін төмен нәтиже көрсетті. Бұл қарама-қайшылық, "күн нейтрино проблемасы" деп белгілі болды, шамамен отыз жыл бойы шешілмей келді. Эксперимент пен күн моделіндегі мүмкін қателер зерттелді, бірақ ешқандай кемшілік табылған жоқ. Соңында, екеуі де дұрыс екендігі және олардың арасындағы айырмашылық нейтринолардың бұрынғыдан күрделірек екендігі анықталды. Үш нейтриноның нөлдік емес және сәл өзгеше массалары бар екендігі, сондай-ақ олардың Жерге ұшып келе жатқанда анықталмайтын түрлерге ауысуы мүмкін екендігі жорамалданды. Бұл гипотеза жаңа эксперименттер сериясымен тексерілді, осылайша әлі де жалғасып жатқан маңызды жаңа зерттеу саласы ашылды. Нейтрино осцилляциясы құбылысының расталуы екі Нобель сыйлығына әкелді: біреуі "Хомстейк" экспериментін жоспарлап, басқарған Р. Дэвис пен оның жұмысын растаған Камиоканде Масатоси Кошибаға, екіншісі – Супер Камиоканде Такааки Кажита мен SNO-дан А. Б. Макдональдқа, олар үш нейтриноның бар екенін растап, тапшылықты жоққа шығарды. Жапониялық Такааки Кажита мен канадалық Артур Б. Макдональд 2015 жылғы Физика бойынша Нобель сыйлығын нейтринолардың түрлерін өзгерте алатындығын көрсететін маңызды теориялық және эксперименттік жаңалықтары үшін алды.
Қасиеттері мен реакциялары
Нейтринолардың жартылай бүтін спині (ħ) бар; сондықтан олар фермиондар. Нейтринолар лептондар тобына жатады. Олар әзірге тек әлсіз күш арқылы ғана өзара әрекеттесетіні байқалды, бірақ гравитациялық күш арқылы да өзара әрекеттеседі деп есептеледі. Олардың массасы нөлден өзгеше болғандықтан, теориялық тұрғыдан нейтринолардың магниттік өзара әрекеттесуіне мүмкіндік бар, бірақ бұл міндетті емес. Қазірге дейін нейтринолардың нөлдік емес магниттік моментіне ешқандай эксперименттік дәлел табылмады.
Дәм, масса және олардың араласуы
Әлсіз өзара әрекеттесулер нейтриноларды үш лептоникалық дәмнің бірінде жасайды: электронды нейтринолар, мюонды нейтринолар немесе тау нейтринолары, сәйкесінше зарядталған лептондармен – электрон, мюон және таумен байланысты. Нейтринолардың массасыз екендігіне бұрын ұзақ уақыт сенгенімен, қазір үш дискретті нейтрино массасы бар екені белгілі; әр нейтрино дәм күйі үш дискретті массалық өзіндік күйдің сызықтық комбинациясы болып табылады. 2016 жылға дейін үш массаның мәндерінің квадраттарының айырмашылығы ғана белгілі болса да, белгілі бір дәмдік өзіндік күйде туған нейтрино барлық үш массалық өзіндік күйдің байланысты кванттық суперпозициясында болады. Үш массаның айырмашылығы соншалықты аз, оларды кез келген практикалық ұшу жолында тәжірибелік түрде ажырату мүмкін емес. Таза дәмді күйдегі әр массалық күйдің үлесі дәмге күрт тәуелді екені анықталды. Дәм мен массалық өзіндік күйлер арасындағы байланыс PMNS матрицасында кодталған. Тәжірибелер осы матрица элементтерінің орташа немесе төмен дәлдіктегі мәндерін анықтады, ал 2016 жылға қарай матрицадағы жалғыз күрделі фаза нашар ғана белгілі болды.
A neutrino created in a specific flavor eigenstate is in an associated specific quantum superposition of all three mass eigenstates. The three masses differ so little that they cannot possibly be distinguished experimentally within any practical flight path. The proportion of each mass state in the pure flavor states produced has been found to depend profoundly on the flavor. The relationship between flavor and mass eigenstates is encoded in the PMNS matrix. Experiments have established moderate to low precision values for the elements of this matrix, with the single complex phase in the matrix being only poorly known, as of 2016.
Дәмнің ауытқуы
Нейтринолар ұшып бара жатқанда әр түрлі «дәмдерге» ауысады. Мысалы, бета-ыдырау реакциясында пайда болған электронды нейтрино, алыстағы детекторда мюон немесе тау нейтриносы ретінде өзара әрекеттесуі мүмкін, бұл детекторда пайда болған зарядталған лептонның «дәмімен» анықталады. Бұл ауысу, өндірілген «дәмнің» үш массалық күй компоненттерінің сәл әртүрлі жылдамдықпен қозғалуына байланысты болады, нәтижесінде олардың кванттық-механикалық толқын пакеттері салыстырмалы фазалық өзгерістерге ұшырайды, осы өзгерістер үш «дәмнің» әртүрлі суперпозициясын қалыптастыру тәсілін өзгертеді. Осылайша, әр «дәм» компоненті нейтрино қозғалысы кезінде ауысады, ал «дәмдердің» салыстырмалы күші өзгеріп отырады. Нейтрино өзара әрекеттескен кездегі салыстырмалы «дәмдер» арақатынасы, сол «дәмнің» өзара әрекеттесуінің сәйкес зарядталған лептонның «дәмін» тудыру ықтималдығын көрсетеді.
Михеев Смирнов Вольфенштейн эффектісі
Нейтринолар материя арқылы өтетін кезде, көбінесе, жарық түзілуі мөлдір материалдан өткендегі сияқты процесс басынан өтеді. Бұл процесті тікелей байқау мүмкін емес, себебі ол иондаушы сәулелену тудырмайды, бірақ Михеев-Смирнов-Вольфенштейн эффектісіне себеп болады. Нейтрино энергиясының аз ғана бөлігі материалға беріледі.
Антинейтринолар
Әрбір нейтрино үшін антинейтрино деп аталатын сәйкес антибөлшек бар, ол да электр заряды жоқ және жартылай бүтін спинге ие. Олар нейтринолардан лептондар санының таңбасының қарама-қарсы болуымен және қарама-қарсы хиралдылықпен (соның салдарынан әлсіз изоспиннің таңбасы да қарама-қарсы) ерекшеленеді. 2016 жылға дейін басқа ешқандай айырмашылыққа дәлел табылған жоқ. Қазірге дейін, ерекшеліктерді іздеудің кең және үздіксіз іздеулеріне қарамастан, барлық байқалған лептондық процестерде лептондардың жалпы саны өзгерген жоқ; мысалы, егер бастапқы күйдегі лептондардың жалпы саны нөл болса, онда соңғы күйде тек лептондар мен антилептондар жұптары ғана кездеседі: электронды нейтринолар соңғы күйде тек позитрондармен (антиэлектрондармен) немесе электронды антинейтринолармен, ал электронды антинейтринолар электрондармен немесе электронды нейтринолармен бірге пайда болады.
Майорана массасы
Антинейтринолар мен нейтринолар бейтарап бөлшектер болғандықтан, олардың бір бөлшек болуы мүмкін. Дәстүрлі Дирак фермиондарынан гөрі, бейтарап бөлшектер Майорана бөлшектері деп аталатын спиндік бөлшектердің басқа түрі болуы мүмкін, бұл тұжырымдаманы алғаш ұсынған итальян физигі Этторе Майорананың есімімен аталған. Нейтринолар жағдайында бұл теория кең таралды, себебі оны тербеліс механизмімен біріктіріп, нейтрино массасының электрондар мен кварктар сияқты басқа элементар бөлшектерге қарағанда неге соншалықты кішкентай екенін түсіндіруге болады. Майорана нейтриноларында нейтрино мен антинейтриноны тек хиральдық арқылы ғана ажыратуға болады; эксперименттерде нейтрино мен антинейтрино арасында байқалатын айырмашылық, жай ғана екі мүмкін хиральдығы бар бір бөлшек болуы мүмкін. 2019 жылға дейін нейтринолар Майорана немесе Дирак бөлшектері екені белгісіз. Бұл қасиетті тәжірибелік жолмен тексеруге болады. Мысалы, егер нейтринолар шынымен Майорана бөлшектері болса, онда нейтриносыз қос бета ыдырауы сияқты лептондық санды бұзатын процестерге жол беріледі, ал нейтринолар Дирак бөлшектері болса, онда мұндай процестерге жол берілмейді. Бұл процесті іздеу үшін бірнеше тәжірибелер жүргізілді және жүргізілуде, мысалы, GERDA, SNO+ және CUORE. Космикалық нейтрино фоны да нейтринолар Майорана бөлшектері ме, жоқ па деген сұраққа жауап беруге мүмкіндік береді, өйткені Дирак немесе Майорана жағдайында анықталатын космостық нейтринолардың саны әртүрлі болуы керек.
Ядролық реакциялар
Нейтрино ядромен өзара әрекеттесіп, оны басқа ядроға айналдыра алады. Бұл процесс радиохимиялық нейтрино детекторларында пайдаланылады. Мұндай жағдайда, өзара әрекеттесу ықтималдығын есептеу үшін нысана ядроның энергия деңгейлері мен спиндік күйлерін қанағаттандыру қажет. Әдетте, өзара әрекеттесу ықтималдығы ядродағы нейтрондар мен протондар санының артуымен бірге өседі.
Стерильді нейтрино іздеу
Басқа да зерттеулер стерильді нейтриноның болуын растайтын дәлелдерді іздестіреді – бұл төртінші нейтриноның түрі, ол белгілі үш нейтрино түрі сияқты материямен өзара әрекеттеспейді. Стерильді нейтринолардың болу мүмкіндігі жоғарыда сипатталған Z бозонының ыдырауының өлшемдеріне тәуелді емес: егер олардың массасы Z бозонының массасының жартысынан артық болса, олар ыдырау өнімдері бола алмайды. Сондықтан, ауыр стерильді нейтринолардың массасы кем дегенде 45,6 ГэВ болуы керек. LSND экспериментінен алынған деректер мұндай бөлшектердің бар екеніне меңзеп тұр. Алайда, қазіргі уақытта жүріп жатқан MiniBooNE эксперименті эксперименттік деректерді түсіндіру үшін стерильді нейтринолардың қажет емес екенін көрсетті, бірақ бұл саладағы соңғы зерттеулер жалғасып жатыр және MiniBooNE деректеріндегі аномалиялар экзотикалық нейтрино түрлеріне, соның ішінде стерильді нейтриноларға мүмкіндік беруі мүмкін. 2011 жылы Institut Laue Langevin институтындағы анықтамалық электрондық спектр деректерін қайта талдау төртінші, жеңіл стерильді нейтриноның бар екеніне нұсқады. 2011 жылғы жаңалықтарға байланысты, ядролық реакторлардан өте жақын қашықтықта бірнеше эксперимент стерильді нейтриноларды іздеуді бастады. Олардың көпшілігі жеңіл стерильді нейтриноның бар екенін жоққа шығарды, бірақ нәтижелер жалпы алғанда нақты емес. 2010 жылы жарияланған талдауға сәйкес, ғарыштық микротолқынды анизотропиялық зондтан алынған ғаламдық фондық сәулелену деректері үш немесе төрт түрлі нейтриномен сәйкес келеді.
Нейтриносыз қос бета ыдырауының іздеулері
Тағы бір гипотеза "нейтриносыз қос бета ыдырауға" қатысты, егер ол болса, онда лептон санының сақталу заңы бұзылады. Осы механизмді іздеу жұмыстары жүріп жатыр, бірақ әзірге оны растайтын дерек табылмады. Егер оны тапса, қазір антинейтрино деп аталатындар нағыз антибөлшектер емес екені анықталар еді.
Космикалық сәулелер нейтринолары
Космикалық сәулелер нейтрино эксперименттері нейтринолардың табиғатын және оларды тудыратын ғарыштық көздерді зерттеу мақсатымен әртүрлі кеңістіктерден нейтриноларды анықтайды.
Жылдамдық
Нейтринолардың тербелісі анықталғанға дейін, олардың массасыз деп есептеліп, жарық жылдамдығымен (c) таралатыны қабылданған. Арнайы салыстырмалылық теориясына сәйкес, нейтрино жылдамдығы мәселесі олардың массасымен тығыз байланысты: егер нейтринолар массасыз болса, олар жарық жылдамдығымен қозғалуға тиіс, ал массасы болса, жарық жылдамдығына жете алмайды. Олардың өте кішкентай массасының салдарынан, болжамды жылдамдық барлық эксперименттерде жарық жылдамдығына өте жақын, ал қазіргі детекторлар күтілетін айырмашылықты анықтай алмайды. Сонымен қатар, Лоренцтің бұзылуын тудыратын кванттық гравитацияның кейбір түрлері жарықтан жылдам қозғалатын нейтриноларға мүмкіндік беруі мүмкін. Лоренцтің бұзылуына арналған толық аспекті ұсынатын жүйе – Стандартты модельдің кеңейтілген нұсқасы (СМЕ). Нейтрино жылдамдығының алғашқы өлшемдері 1980 жылдардың басында импульсті пиондық шоқтарды (импульсті протондық шоқтардың нысанаға соғылуынан пайда болған) пайдалана отырып жасалды. Пиондар ыдырап, нейтриноларды құрады, ал алыстағы детектордағы белгілі бір уақыт аралығында байқалған нейтринолардың өзара әрекеттесуі жарық жылдамдығымен сәйкес келді. Бұл өлшем 2007 жылы MINOS детекторларымен қайталанды, нәтижесінде 3 нейтриноның жылдамдығы 99% сенімділік деңгейінде аралықта екені анықталды. Бұл мән жарық жылдамдығынан жоғарырақ болғанымен, ескерілген қателіктермен дәл c немесе одан сәл төмен жылдамдыққа да сәйкес келеді. Бұл өлшем мюон нейтриносының массасының жоғарғы шегін 99% сенімділікпен 50 деп белгіледі. 2012 жылы жобаның детекторлары жаңартылғаннан кейін, MINOS бастапқы нәтижелерін нақтылады және нейтринолар мен жарықтың келу уақытындағы айырмашылықтың -0.0006% (±0.0012%) құрайтынын анықтады, бұл жарық жылдамдығымен толық сәйкестікті көрсетеді. Осыған ұқсас байқау, әлдеқайда үлкен масштабта, 1987A (SN 1987A) жұлдыздық жарлымымен жасалды. Жұлдыздық жарлымнан 10 МэВ энергиясы бар антинейтринолар, нейтринолар үшін жарық жылдамдығына сәйкес келетін уақыт аралығында анықталды. Қазірге дейін нейтрино жылдамдығының барлық өлшемдері жарық жылдамдығымен сәйкес келеді.
Супержарықтық нейтриноның бұзылуы
2011 жылдың қыркүйегінде OPERA ынтымақтастығы өз тәжірибелерінде 17 ГеВ және 28 ГеВ нейтриноларының жылдамдықтары жарық жылдамдығынан асып түсетінін көрсететін есептеулерді жариялады. 2011 жылдың қарашасында OPERA әрбір анықталған нейтриноның жылдамдығын жеке-жеке анықтау үшін өзгерістер енгізіп, тәжірибені қайталады. Нәтижелер бұрынғыдай жарық жылдамдығынан жоғары екенін көрсетті. 2012 жылдың ақпан айында, нәтижелер нейтринолардың шығу және келу уақытын өлшейтін атомдық сағаттардың біріне қосылған, дұрыс бекітілмеген оптикалық талшықтан туындауы мүмкін деген хабарлар пайда болды. ICARUS сол зертханада тәжірибені тәуелсіз түрде қайта жасағанда, нейтрино жылдамдығы мен жарық жылдамдығы арасында ешқандай айқын айырмашылық табылған жоқ.
Хиралдылық
Эксперименттік нәтижелер көрсетіп тұр, қателік шегінде барлық өндірілген және байқалған нейтринолар сол спиральдылыққа (импульске қарама-қарсы бағытталған спинге) ие, ал барлық антинейтринолар оң спиральдылыққа ие. Массасыз жағдайда, бұл кез келген бөлшектің тек екі мүмкін хиральдығының біреуі ғана байқалатынын білдіреді. Бұл бөлшектердің өзара әрекеттесуінің Стандартты моделінде қамтылған жалғыз хиральдықтар. Олардың әріптестері (оң спиральды нейтринолар және сол спиральды антинейтринолар) жай ғана болмауы мүмкін. Егер олар болса, олардың қасиеттері байқалатын нейтринолар мен антинейтринолардан едәуір өзгеше болады. Олардың өте ауыр болуы мүмкін (GUT шкаласы деңгейінде – Сіз Секундық механизмді қараңыз), әлсіз өзара әрекеттесуге қатыспауы мүмкін (т.б. стерильді нейтринолар), немесе екеуі де болуы мүмкін. Нейтриноның нөлдік емес массасы жағдайды біршама күрделендіреді. Нейтринолар әлсіз өзара әрекеттесулерде хиральдық өзіндік күйлер ретінде пайда болады. Массивті бөлшектің хиральдығы қозғалыс тұрақтысы емес; спиральдылық тұрақты, бірақ хиральдылық операторы спиральдылық операторымен бірдей өзіндік күйлерді бөліспейді. Бұл эксперименттерге айтарлықтай әсер етпейді, өйткені қатысатын нейтринолар көбінесе ультрарелятивистік болады, сондықтан араласу амплитудалары өте кішкентай. Олар соншалықты жылдам қозғалады және олардың тыныш күйінде уақыт соншалықты баяу өтеді, олар байқалатын кез келген жолда өзгеруге жеткілікті уақыт таппайды. Мысалы, көптеген күн нейтриноларының энергиясы 0,100 ~ 1,00 шамасында болады; соның салдарынан, олардың арасындағы "бұрыс" спиральдылыққа ие нейтринолардың үлесі 0,00 ~ 1,00-ден аспайды.
GSI аномалиясы
Жинақтау сақинасында айналып өтетін ауыр, жоғары зарядталған радиоактивті иондардың ыдырау жылдамдығы бойынша күтпеген тәжірибелік нәтижелер теориялық зерттеулерге ынталандыру жасады, себебі осы құбылысқа сенімді түсіндірме табу қажет болды. Байқалған құбылыс GSI аномалиясы деп аталады, себебі жинақтау сақинасы Германияның Дармштадт қаласындағы GSI Гельмгольц ауыр иондар зерттеу орталығында орналасқан. 40 секунд және 200 секунд шамасындағы жартылай ыдырау периодына ие екі радиоактивті түрдің әлсіз ыдырау жылдамдықтары шамамен 7 секундтық периодпен маңызды тербелістік модуляцияға ие екені анықталды. Кейінірек жасалған ұсыныстар нейтриноның массалық күйлері арасындағы айырмашылықтарға негізделген.
Реакторлық нейтринолар
Ядролық реакторлар адам тудырған нейтриноның басты көзі болып табылады. Ядролық реактордағы энергияның көп бөлігі бөліну арқылы өндіріледі (ядролық реакторлардағы төрт негізгі бөлінетін изотоптар – Уран-235, Уран-238, Плутоний-239 және Плутоний-241), нәтижесінде пайда болған нейтронға толы туынды нуклидтер жылдам қосымша бета-ыдырауға ұшырайды, әрқайсысы бір нейтронды протон мен электронға айналдырып, электронды антинейтрино шығарады. Осы келесі ыдырауларды ескергенде, орташа ядролық бөліну шамамен 200 энергия бөліп шығарады, оның шамамен 95,5%-ы ядрода жылу ретінде қалады, ал шамамен 4,5%-ы (немесе шамамен 9) антинейтринолар түрінде сәулеленеді. 4000 жылу қуаты бар стандартты ядролық реактор үшін бөліну арқылы өндірілетін жалпы энергия 4185 құрайды, оның 185-і антинейтрино сәулеленуі ретінде таратылады және инженерлік есепте пайда болмайды. Демек, осы реактордан бөліну энергиясының 185 бөлігі жоғалады және турбиналарды іске қосуға қолданылатын жылу ретінде көрінбейді, себебі антинейтринолар барлық құрылыс материалдарынан іс жүзінде өзара әрекеттеспей өтеді. Антинейтрино энергия спектрі отынның жану деңгейіне байланысты (Плутоний-239 бөліну антинейтриноларының орташа энергиясы Уран-235 бөлінуінен шыққандарға қарағанда сәл жоғары), бірақ жалпы алғанда, бөлінуден анықталатын антинейтринолардың ең жоғары энергиясы шамамен 3,5 пен 4 аралығында, ал максималды энергиясы шамамен 10-ға жетеді. Төмен энергиялы антинейтринолардың ағынын өлшеуге арналған белгілі тәжірибелік әдіс жоқ. Тек 1,8 шегінен жоғары энергиясы бар антинейтринолар кері бета-ыдырауды тудыра алады және осылайша нақты анықталады (төменде қараңыз). Ядролық реактордан шығатын барлық антинейтринолардың шамамен 3%-ы осы шектен жоғары энергияны тасымалдайды. Осылайша, орташа ядролық электр станциясы секундына шекті мәннен жоғары е=20-дан астам антинейтрино тудыруы мүмкін, сонымен қатар энергия шегінен төмен әлдеқайда көп санда (97%/3% ≈ 30 есе) антинейтринолар шығарылуы мүмкін; бұл төмен энергиялы антинейтринолар қазіргі детектор технологиясы үшін көрінбейді.
Жеделдетуші нейтринолары
Нейтрино сәулелерін жасау үшін кейбір бөлшектерді үдеткіштер қолданылған. Бұл техникада протондар бекітілген нысанаға шағылыстырылып, зарядталған пиондар немесе каондар тудырылады. Бұл тұрақсыз бөлшектер содан кейін магниттік түрде ұзын туннельге бағытталады, онда олар ұшу кезінде ыдырайды. Ыдырап бара жатқан бөлшектің релятивистік жылдамдығының арқасында нейтринолар изотроптық емес, сәуле ретінде пайда болады. Мюондардың ыдырауы арқылы нейтринолар өндірілетін үдеткіш кешенін жобалау жұмыстары жүріп жатыр.
Ядролық қару
Ядролық қарулар да өте көп мөлшерде нейтрино шығарады. Фред Рейнс пен Клайд Коуэн реакторлық нейтриноларды іздеуге кіріспес бұрын бомбадан нейтриноларды анықтау мүмкіндігін қарастырды; Лос-Аламос физика бөлімінің жетекшісі Дж. М. Б. Келлогг бөліну реакторын жақсырақ балама деп ұсынды. Физиялық қарулар антинейтриноларды (бөліну процесінен), ал термоядролық қарулар нейтриноларды (термоядролық процестен) және антинейтриноларды (бастапқы физиялық жарылыстан) шығарады.
Геологиялық
Нейтринолар табиғи фондық сәулеленумен бірге туындайды. Атап айтқанда, уран-238 және торий-232 изотоптарының, сондай-ақ калий-40-тың ыдырау тізбектеріне антинейтриноларды шығаратын бета-ыдыраулар кіреді. Бұл геонейтринолар Жердің ішкі құрылымы туралы құнды ақпарат бере алады. 2005 жылы KamLAND эксперименті геонейтриноның алғашқы белгісін тапты, ал KamLAND жаңартылған нәтижелерін ұсынды, олар кейбір нейтриноларды кешіктіру арқылы нейтрино сигналының ұзақтығына әсер ете алатындай жеткілікті үлкен болды. SN 1987A-дан алынған 13 секундтық нейтрино сигналы, супернованың нейтрино тудыратын ядросы арқылы кедергісіз нейтриноның өтуіне қарағанда әлдеқайда ұзаққа созылды, SN 1987A үшін оның диаметрі 3200 шақырымдай деп күтілген. Саналған нейтринолардың саны да жалпы нейтрино энергиясының 2,2-ге тең болуымен сәйкес келеді, бұл супернованың барлық энергиясының шамамен дерлік бөлігін құрайды. 2023 жылдың маусым айында астрономдар алғаш рет Сүт Жолы галактикасының галактикалық жазықтығынан нейтринолардың шығарылуын анықтау үшін жаңа әдіс қолданғанын хабарлады.