Według opisu cząstek wprowadzonego przez Paula Diraca każdy rodzaj neutrina ma swój odpowiednik (antyneutrino) w antymaterii. Antyneutrino elektronowe powstaje w trakcie rozpadu β− , np. podczas rozpadu 31T lub 146C:
Ponieważ zaobserwowano tylko neutrina lewoskrętne i antyneutrina prawoskrętne powstało przypuszczenie, że neutrino może być cząstką Majorany – antyneutrino miałoby wtedy być prawoskrętnym neutrinem.[2]
Neutrina podczas propagacji w przestrzeni mogą zmieniać swój rodzaj (zapach) – zjawisko to, nazywane oscylacją neutrin, dowodzi, że neutrina mają masę spoczynkową.[2]
Historia
Istnienie neutrin zostało zaproponowane przez Wolfganga Pauliego na początku lat 30. XX w. (nadając nowej cząstce nazwę neutron) jako uzasadnienie ciągłego spektrum początkowej energii elektronów produkowanych w wyniku rozpadu β− [2]. Już wtedy jednoznacznie określono spin neutrina (równy ) i ładunek elektryczny (równy 0), oraz że nie może oddziaływać silnie z materią. Na potrzeby opisu interakcji neutrina z materią wprowadzono do fizyki oddziaływanie słabe[2]. W połowie lat 30. XX w. Enrico Fermi rozpoczął tworzenie matematycznego opisu tego oddziaływania, a Hans Bethe i Rudolf Peierls zaproponowali sposób wykrywania neutrin wykorzystany w pierwszym eksperymencie[2].
Pomiary pędów i energii w reakcjach rozpadu mionu na elektron oraz pionu na mion wykazały, że również w tych przemianach powinny uczestniczyć neutrina. Określono, że pion powinien rozpadać się na mion i jedno neutrino (nazywane dzisiaj anty-neutrinem mionowym), a mion na elektron i dwa neutrina (dziś jedno to neutrino mionowe, a drugie anty-neutrino elektronowe)[2]. Wynik ten doprowadził do wprowadzenia do fizyki liczby elektronowej i liczby mionowej oraz rozróżniania rodzajów neutrin[2].
Na podstawie eksperymentów prowadzonych przez CERN w akceleratorze LEP wyznaczających długość życia bozonu Z0 określono, że istnieją tylko 3 generacje neutrin[2].
Oddziaływania neutrin
Neutrina nie oddziałują przez oddziaływania silne i elektromagnetyczne, a jedynie za pośrednictwem oddziaływań słabych (i grawitacyjnych). Są tak przenikliwe, że obiekt wielkości planety nie stanowi dla nich prawie żadnej przeszkody – przez jeden centymetr kwadratowy Ziemi zwrócony prostopadle do Słońca, co sekundę przelatuje 60,5 miliardów neutrin[4].
Neutrina są wychwytywane przez jądro atomowe (przekrój czynny tego procesu jest bardzo mały), inicjując jego rozpad. Zjawisko to wykorzystuje się do wykrywania neutrin. Neutrina wychwytuje się w gigantycznych basenach z superczystą wodą (bądź innymi substancjami) umieszczonych głęboko pod ziemią i obserwuje się powstałe w wyniku tego promieniowanie.
Eksperyment KATRIN, wykorzystując rozpad beta trytu, ma wyznaczyć masę neutrina lub ograniczyć górną granicę masy najcięższego neutrina do 200 meV (z odchyleniem standardowym ≤ 2). W 2015 roku zakończono testy urządzeń, w 2016 przeprowadzono testy całości. Pomiary rozpoczęto w 2018 roku i są planowane na 5 lat.
W celach eksperymentalnych wiązki wysokoenergetycznych neutrin wytwarza się w akceleratorach. Neutrina, jako cząstki neutralne, nie mogą być bezpośrednio przyspieszane w akceleratorach wykorzystujących oddziaływania elektromagnetyczne. Zamiast tego, np. w akceleratorze ośrodka J-PARC[6] przyspieszane są protony, które następnie oddziałują z tarczą, wytwarzając wiele cząstek nietrwałych: przede wszystkim piony i kaony. Te cząstki rozpadają się w locie, tworząc między innymi neutrina poruszające się w kierunku zbliżonym do kierunku ruchu cząstek pierwotnych. Jedną możliwością ukierunkowania wiązki neutrin do detektora jest odpowiednie skierowanie pierwotnej wiązki protonów na tarczę, oraz ogniskowanie naładowanych pionów i kaonów. Rozważa się wytwarzanie w przyszłości wiązek neutrin poprzez przyspieszanie w akceleratorach jąder beta-promieniotwórczych lub mionów, które rozpadałyby się na neutrina na prostych odcinkach akceleratora[potrzebny przypis].
Doniesienia o przekroczeniu prędkości światła w próżni
Badacze pracujący przy eksperymencie OPERA, polegającym na pomiarze prędkości wiązki neutrin wysyłanych do odległego o 730 km włoskiego laboratorium INFN Gran Sasso, stwierdzili, że wyniki eksperymentu sugerują przekroczenie prędkości światła w próżni przez neutrina[7]. CERN ogłosiło 22 września 2011 roku apel do świata nauki o weryfikację ich odkrycia i ewentualne powtórzenie w drodze niezależnych eksperymentów, mających potwierdzić lub obalić te niezgodne ze szczególną teorią względności wyniki.
Wyniki tych niepotwierdzonych eksperymentów stały w sprzeczności z innymi znanymi danymi obserwacyjnymi. Na przykład neutrina powstałe w wybuchu supernowejSN 1987A dotarły na Ziemię trzy godziny wcześniej w stosunku do fotonów (co jest spowodowane tym, że neutrina wydostały się z eksplodującej gwiazdy wcześniej niż fotony). Gdyby neutrina poruszały się z prędkością większą od prędkości światła w próżni, a różnica w prędkości byłaby taka, jaką uzyskano w eksperymencie OPERA, to neutrina z tego wybuchu dotarłyby na Ziemię ponad cztery lata wcześniej, zanim dotarłoby światło[8].
Po ogłoszeniu wyników eksperymentu wielu skrytykowało sposób jego przeprowadzenia[9], kilku z naukowców uczestniczących w eksperymencie odmówiło użycia ich nazwisk w ogłoszonych wynikach, uważając, że opublikowana analiza danych jest przedwczesna[10], sugerowano różne możliwe błędy metodologiczne[11]. Ostatecznie wynik eksperymentu został wytłumaczony przez nieprawidłowe podłączenie odbiornika GPS do komputera mierzącego czas przelotu cząstek[12].
