Tutkijat ovat askeleen lähempänä antineutriinon massan ymmärtämistä
Neutriinot ja antineutriinot ovat alkeishiukkasia, joilla on pieni mutta toistaiseksi vielä tuntematon massa. Jyväskylän yliopiston kiihdytinlaboratoriossa tehdyt erittäin tarkat atomimassamittaukset paljastivat, että hopea-110-isotoopin isomeeristä tilaa voitaisiin tulevaisuudessa käyttää elektronin antineutriinon massan määrittämiseen. Tulos on merkittävä askel matkalla tulevaisuuden antineutriinomittauksiin.
Neutriinojen ja niiden antineutriinojen massat ovat yksi suurista avoimista kysymyksistä fysiikassa. Neutriinot ovat hiukkasfysiikan standardimallin alkeishiukkasia ja hyvin yleisiä. Niitä syntyy esimerkiksi Auringon ydinreaktioissa. Joka sekunti satoja biljoonia Auringon lähettämiä neutriinoja pyyhkäisee lävitsemme.
- Neutriinojen massan määrittäminen on äärimmäisen tärkeää, sillä niiden ymmärtäminen voi antaa meille paremman kuvan siitä, miten maailmankaikkeus on kehittynyt, kertoo professori Anu Kankainen Jyväskylän yliopistosta.
Matkalla kohti elektronin antineutriinon ymmärtämistä
Yksi tapa tuottaa elektronin antineutriinoja ja määrittää niiden massa on ytimen beetahajoaminen. Beetahajoaminen on ydinfysiikassa radioaktiivinen hajoaminen, jossa syntyy tytärydin, elektroni ja sen antineutriino. Prosessissa vapautunut energia tunnetaan hajoamisen Q-arvona, mikä määräytyy emoytimen ja sen hajoamistuotteiden massoista.
- Elektronin antineutriinon massan arvioidaan olevan ainakin viisi kertaluokkaa pienempi kuin elektronin massa. Sen vuoksi antineutriinon massa on todella haastava määrittää. Antineutriinon rooli korostuu kuitenkin merkittävästi, kun valitaan sellaisia beetahajoamisia, joiden Q-arvo on todella pieni, selventää väitöskirjatutkija Jouni Ruotsalainen Jyväskylän yliopistosta. Tutkimus on osa hänen väitöskirjaansa.
Hopea-110-isomeerin beetahajoaminen lupaava kandidaatti
Nyt Jyväskylän yliopiston tutkijat ovat löytäneet mahdollisen beetahajoamisen, jota voitaisiin käyttää elektronin antineutriinon massan määrittämiseen.
- Aiemmat tutkimukset ovat keskittyneet ytimen perustilan beetahajoamisiin, mutta myös monet ytimien pitkäikäiset viritystilat, niin kutsutut isomeerit, voivat beetahajota. Yksi sellainen isomeeri on hopea-110-isotoopissa, jolla on pitkä puoliintumisaika, noin 250 päivää. Se hajoaa pääasiassa beetahajoamisella sen tytärytimen, kadmium-110-isotoopin, viritystiloille, toteaa Ruotsalainen.
Tutkija yllättyi massamittauksen helppoudesta ja tuloksista
Aiempien tutkimusten perusteella hopea-110-isomeerin beetahajoamisen Q-arvo tytärytimen tilalle, jonka viritysenergia on 3008,41 keV, voi olla positiivinen tai negatiivinen. Suurin epävarmuus Q-arvossa liittyy emo- ja tytärydinten perustilojen massoihin.
- Pystyimme merkittävästi pienentämään tämän beetahajoamisen Q-arvon virhettä mittaamalla stabiilien hopea-109- ja kadmium-110-isotooppien massat. Oli melko helppoa tuottaa tutkittavat hopea- ja kadmiumionit, ja mitata niiden massat kiihdytinlaboratorion JYFLTRAP- Penningin loukulla, joka on erittäin tarkka laite, kertoo Ruotsalainen. Olin todella mykistynyt, kun analyysini osoitti Q-arvon olevan positiivinen, 405(135) eV ja itse asiassa myös pienin positiivinen Q-arvo, joka on mitattu sallitulle beetahajoamiselle, jatkaa Ruotsalainen.
Teoreettiset fyysikot vahvistivat kokeelliset tulokset
Läheskään kaikki hopea-110-isomeerin beetahajoamiset eivät johda kadmium-110-isotoopin viritystilalle, jonka energia on 3008,41 keV. Sen arvioimiseksi teoreettiset fyysikot tekivät myös ytimen kuorimallilaskuja.
- Laskumme osoittavat, että noin kolme hopea-110-isomeerin beetahajoamista jokaista miljoonaa hajoamista kohden etenee tätä uutta, todella pienen Q-arvon reittiä. Vaikka tämä saattaa kuulostaa vähäiseltä, on se oikeasti tosi merkittävä määrä tuollaiselle matalan energian beetahajoamiselle. Pitkän puoliintumisaikansa ansiosta tästä hopeaisomeeristä voidaan tehdä tulevaisuudessa näyte, jonka avulla voidaan toivon mukaan havaita näitä harvinaisia matalan energian beetahajoamisia, kommentoi tutkija Marlom Ramalho, joka suoritti työn teoreettiset laskut. Ramalho väitteli äskettäin Jyväskylän yliopistosta ja työskentelee parhaillaan Oskar Huttusen säätiön rahoittamana post doc -tutkijana Yorkin yliopistossa Englannissa.
Antineutriinojen mittaukset jatkuvat
Hopea-110-isotoopista on tutkimustulosten perusteella tullut todella houkutteleva vaihtoehto tulevaisuuden antineutriinon mittauksille. Sen beetahajoaminen on sallittu ja Q-arvo todella matala. Isomeeriä voidaan helposti tuottaa ydinreaktoreissa.
- Tämä on todella mielenkiintoinen tapaus jatkotutkimuksille. Yhteistyö teoreettisten fyysikkojen kanssa onnistui saumattomasti. Tutkimuksemme osoittivat myös muutaman muun isomeerisen tilan, joiden beetahajoamisen Q-arvoa kannattaisi seuraavaksi tutkia neutriinofysiikkaa varten. Oli tosi kiva nähdä, että myös stabiilien isotooppien atomimassamittauksilla voidaan saavuttaa näin merkittäviä ja vaikuttavia tuloksia, toteaa Kankainen.
Tutkimus on julkaistu arvostetussa Physical Review Letters -lehdessä 28.4.2025.
Artikkelin tiedot:
- J. Ruotsalainen et al., Ultra-low Qβ value for the allowed decay of 110Agm confirmed via mass measurements, Phys. Rev. Lett. 134 (2025) 172501.
- Linki artikkeliin: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.172501
- Avoimesti saatavilla oleva versio: arXiv:2409.11203 [nucl-ex], https://doi.org/10.48550/arXiv.2409.11203
Avainsanat
Yhteyshenkilöt
Professori Anu Kankainen, anu.kankainen@jyu.fi, +358 40 8054880
Väitöskirjatutkija Jouni Ruotsalainen, jouni.k.a.ruotsalainen@jyu.fi
Elina LeskinenViestinnän asiantuntija
Puh:+358 50 461 7880elina.leskinen@jyu.fiKuvat
Linkit
Jyväskylän keskustassa sijaitsevan yliopiston kauniilla puistokampuksella sykkii monitieteinen ja moderni tiedeyliopisto – ihmisläheinen ja dynaaminen yhteisö, jonka 2500 asiantuntijaa ja 15 000 opiskelijaa etsivät ja löytävät vastauksia huomisen kysymyksiin. Jyväskylän yliopisto on ollut tulevaisuuden palveluksessa jo vuodesta 1863, jolloin suomenkielinen opettajankoulutus sai alkunsa täältä. Voimanlähteenämme on moniarvoinen vuoropuhelu tutkimuksen, koulutuksen ja yhteiskunnan välillä. Vaalimme tutkimuksen ja koulutuksen tasapainoa sekä ajattelun avoimuutta – sytytämme taidon, tiedon ja intohimon elää viisaasti ihmiskunnan parhaaksi. www.jyu.fi
Tilaa tiedotteet sähköpostiisi
Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat tiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.
Lue lisää julkaisijalta Jyväskylän yliopisto
Ei vain rock’n’rollia: väitöstutkimus osoittaa, miten politiikka ja stereotypiat ohjaavat populaarimusiikin tulkintaa30.5.2025 10:23:34 EEST | Tiedote
FM Antti Okko tutki historian väitöskirjassaan millaista keskustelua Yhdysvalloissa on käyty venäjänkieliseltä kulttuurialueelta tulevasta rockmusiikista ja sen tekijöistä. Tutkimuksen mukaan rockmuusikot on nähty valtiota vastustavina kapinallisina, jotka symboloivat muutosta kohti demokratiaa ja vapautta. Todellisuudessa muusikoiden suhde politiikkaan ja politiikkoihin on moniulotteisempi.
Herpesviruksesta voi olla apua syövän hoidossa28.5.2025 07:00:00 EEST | Tiedote
Jyväskylän yliopistossa tutkitaan herpesvirusta, jota käytetään myös onkolyyttisenä viruslääkkeenä syöpien nujertamisessa. Viruksen infektiomekanismien selvittäminen isäntäsolun tuman rakenteissa auttaa tehokkaamman ja turvallisemman onkolyyttisen viruslääkkeen kehittämisessä.
Jyväskylän yliopiston hallituksen yliopistoyhteisön ulkopuolisiksi jäseniksi Antti Koivula, Marja Makarow, Hanna Maula ja Janne Poranen 1.1.2026 alkaen27.5.2025 09:49:47 EEST | Tiedote
Yliopistokollegio valitsi 27.5.2025 kokouksessaan hallituksen yliopistoyhteisön ulkopuolisiksi jäseniksi TkT Antti Koivulan, FT Marja Makarowin, KTT, FL Hanna Maulan ja FT Janne Porasen toimikaudelle 1.1.2026 - 31.12.2027.
Apulaisprofessori Paavo Penttilä on inspiroitunut luonnon materiaaleista27.5.2025 07:05:00 EEST | Tiedote
Jyväskylän yliopiston fysiikan laitoksen uuden apulaisprofessorin Paavo Penttilän tavoitteena on tuottaa uudenlaista tietoa kasvien soluseinien rakenteista ja ominaisuuksista. Tietoa voidaan hyödyntää esimerkiksi vastustuskykyisten viljelyskasvien ja hiiltä sitovien uusien puumateriaalien kehittämisessä. Penttilä on juuri saanut tutkimukseensa 1,5 miljoonan euron rahoituksen Novo Nordisk -säätiöltä.
Tutkijat selvittivät peruskoulun datafikaation tulevaisuutta – korvaako kone opettajan?26.5.2025 07:32:12 EEST | Tiedote
Digitaalisilta datateknologioilta toivotaan usein apua koulun kehittämiseen ja datan hyödyntäminen onkin kirjattu keskeiseksi tavoitteeksi koulutuksen tulevaisuutta koskeviin strategioihin ja linjauksiin. Mutta millaisena digitalisaation parissa työskentelevät asiantuntijat näkevät peruskoulun datafikaation tulevaisuuden?
Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.
Tutustu uutishuoneeseemme