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
Väitös: Kielitaidon testaamisen tulisi mitata ymmärrettävyyttä, ei äidinkielisyyttä2.5.2025 12:55:04 EEST | Tiedote
MA Sheryl Cooke tutki väitöstutkimuksessaan, miten englannin kielen maailmanlaajuinen käyttö lingua francana haastaa perinteiset tavat testata kielitaitoa. Hänen mukaansa kielitaidon arvioinnissa tulisi painottaa vähemmän äidinkielenään puhuvien normien mukaista ilmaisua ja enemmän viestinnän toimivuutta kansainvälisissä, todellisissa vuorovaikutustilanteissa.
Mikä tekee kodista kodin? Tuore filosofian väitöskirja tutkii kodin merkityksellisyyttä kokemuksena29.4.2025 13:43:17 EEST | Tiedote
Mikä saa kodin tuntumaan kodilta? Miksi taas kaikki asuinpaikat eivät tunnu kodilta? YTM Olli-Pekka Paanasen väitöstutkimus tarkastelee, miten kokemus kodista rakentuu, millainen on kodin ja asumisen välinen suhde ja miten tunnesiteet kotia kohtaan rakentuvat.
Perinnöllinen lihasvoima pienentää riskiä kuolla sydän- ja verisuonitauteihin29.4.2025 10:26:45 EEST | Tiedote
Jyväskylän yliopiston liikuntatieteellisessä tiedekunnassa toteutetussa tutkimuksessa havaittiin, että miehillä, joilla oli parempaa lihasvoimaa tukeva geeniperimä, oli matalampi riski kuolla sydän- ja verisuonitauteihin. Tämä yhteys oli riippumaton aikuisiän vapaa-ajan fyysisen aktiivisuuden määrästä ja muista elämäntapoihin liittyvistä tekijöistä.
Väitöstutkimus paljastaa Raamatun kymmenen käskyn roolin yhteiskunnan muodostumisessa klassikkoteoksen valossa25.4.2025 10:39:50 EEST | Tiedote
Mikä tekee yhteiskunnastamme mahdollisen? YTM Jukka Ruokanen selvitti väitöskirjassaan, millaiset tekijät tukevat sosiaalisuuden, yhteisöjen ja yhteiskunnan olemassaoloa saksalaisen politiisen filosofin ja oikeusoppineen Johannes Althusiuksen teoksessa Politica Methodice Digesta. Althusiuksen mukaan yhteiskunta ei synny vain ihmisten toiminnan tai luonnollisten syiden seurauksena – myös Jumalan toimet, kuten kymmenen käskyä, ovat olennaisia yhteiselomme aikaansaamiseksi.
Kansainvälinen konferenssi rakentaa tulevaisuudenuskoa ja selviytymiskykyä23.4.2025 11:00:47 EEST | Tiedote
Ympäristökysymysten lisäksi aikamme yhteiskunnat kamppailevat monimutkaisten sosiaalisten haasteiden kanssa. Lapset, nuoret ja heidän perheensä ovat usein ensimmäisiä, joita tämän hetken yhteiskunnalliset haasteet koettelevat.
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