Andi Hektor, Kristjan Kannike
Igale maapinna ruutsentimeetrile langeb sekundis kümneid miljardeid Päikeselt pärit neutriinosid. Peale suurte neutriinodetektorite on neid pärast aastakümnetepikkust täiustamist hakanud nägema hoopis teise otstarbega seadmed, tumeaine detektorid. Itaalias asuvas XENONnT detektoris nähti hiljuti enneolematult madala energiaga päikeseneutriinode signaali. See annab uue võimaluse uurida neid raskesti tabatavaid osakesi.
Keegi ei tea, mis osakestest koosneb tumeaine. Suurtes detektorites otsitakse nende osakeste üliharvu kokkupõrkeid aatomituumadega. Kosmiliste kiirte tekitatud müra eest on detektorid peidetud sügavale maapõue. On siiski üks osake, mis tungib kõikjale – neutriino.
Neutriino väljamõtleja on füüsik Wolfgang Pauli, kes 1930. aastal uuris aatomituumade radioaktiivset beetalagunemist. See on looduses laialt levinud radioaktiivne protsess, kus aatomituum kiirgab elektroni ja tuuma enda positiivne elektrilaeng muutub ühe võrra suuremaks. Näiteks laguneb üks vesiniku isotoop triitium (üks prooton, kaks neutronit), keskmiselt 12,3 aasta jooksul heeliumi isotoobiks 3He (kaks prootonit, üks neutron) ja kiirgab selle käigus välja elektroni. Kui triitiumi aatomituum laguneks vaid kaheks osakeseks, heeliumituumaks ja elektroniks, siis peaks neil mõlemal alati olema sama energia. Tollal aga avastati, et vastupidi ootustele erineb tekkinud elektronide energia üsna palju.
Pauli pakkus, et niisuguse lagunemise käigus tekib veel üks kolmas osake, mis viib osa energiast minema. Seetõttu saab tekkivatel elektronidel olla üsna erisugune energia. Uus osake, mis sai peagi nimeks neutriino, pidi olema väga raskesti mõõdetav. Kuna tal ei ole elektrilaengut ja ta ei tunne ka tuumajõudusid, siis ta on teiste osakestega vastastikmõjus vaid nõrga jõu varal. Nimigi ütleb, et nõrk jõud on tõesti väga jõuetu võrreldes tugeva või elektromagnetilise vastastikmõjuga. Näiteks triljonist beetalagunemise neutriinost, mis läheks läbi maakera, põrkaks ainult üks kokku mõne aatomituuma või elektroniga maakera sees.
Šveitsi füüsikateoreetik ja üks kvantfüüsika pioneere Wolfgang Pauli pakkus 1930. aastal, et ehk on olemas neutraalne osake, mis viib beetalagunemisel üle jääva energia lagunevast aatomist välja. See aitas lahendada energia jäävuse näivat rikkumist, mis ilmnes beetalagunemise uurimisel. Hiljem nimetati osake neutriinoks ja kinnitati selle olemasolu katsetega. WIKIPEDIA
Seega tekivad mõningates radioaktiivsetes tuumanähtustes neutriinod. Kus võiks olla kõige suurem neutriinode allikas meie lähikonnas? Füüsikud jõudsid jällegi 1930. aastatel arusaamale, et see on meie Päikese tuum. Suur osa selle mõistmisel oli Hans Bethel, kes pani kirja ja arvutas läbi kõik tähtsamad tuumaprotsessid tähtede sees. Ühtlasi sai tema valemite järgi hinnata, kui palju neutriinosid Päike Maa poole kiirgab.
Niisiis, Päikese kütavad kuumaks termotuumareaktsioonid, kus kergete aatomituumade ühinemisel vabaneb energia. Päike koosneb peamiselt vesinikust. 8–9% aatomitest on heelium; raskemad elemendid hõlmavad alla 0,1%. Neutriinod tekivad Päikese tuumas, tähe kõige kuumemas ja tihedamas osas, kus valitseb temperatuur 15 miljonit kraadi. Kõrget temperatuuri on vaja, et aatomituumad ühinemiseks üksteisele küllalt lähedale viia: kaugelt paneb nende ühesugune elektrilaeng nad tõukuma. Tekkinud neutriinodel tuleb läbida kuni 700 000 km, et jõuda tuumast Päikese pinnale.
Päikeseneutriinod pärinevad põhiliselt prootonite – vesiniku aatomituumade ühinemisest. Reaktsioonis p + p → 2H + e+ + νe muutub üks prooton nõrga vastastikmõju tõttu neutroniks tekkinud vesiniku isotoobi deuteeriumi aatomituumas (üks prooton, üks neutron). Umbes 91% neutriinodest tekib selles reaktsioonis. Muide, kuna reaktsioon toimub nõrga vastastikmõju kaudu, siis kulub kahel prootonil Päikeses ühinemiseni jõudmiseks keskmiselt miljard aastat. Reaktsioonid, mis toimuvad ainult tugeva vastastikmõju vahendusel, on märksa kiiremad. Tekkinud raskemad tuumad hakkavad omakorda ühinema, moodustades pikki reaktsiooniahelaid.
Neid Päikeses tekkinud neutriinosid on füüsikud üritanud mitmesuguste tundlike seadmetega mõõta juba alates 1950. aastate lõpust. Esimesed tõsisemad mõõtmised aga algasid 1960. aastatel ja kulmineerusid täpsemate mõõtmistega 1990. aastatel. Päikeseneutriinode abil avastasid füüsikult nimelt ühe teise üllatava ja põneva nähtuse – neutriino-ostsillatsioonid, millest järeldus, et neutriinodel on mass.
Itaalias tumeaine detektoriga XENONnT kinni püütud neutriinod pärinevad prootonite ühinemise termotuumareaktsioonist Päikese tuumas. HORISONT
XENONnT detektor asub Itaalias 1400 meetri sügavusel maa all Gran Sasso mäe põues. Detektori põhiosa on suur mahuti kuue tonni veeldatud väärisgaasi ksenooniga.