Wat is de neutrino massa?
Eigenlijk kunnen wij dit niet met zekerheid zeggen. De techniek die door de Super-Kamiokande (neutrinoschommelingen) wordt gebruikt vertelt ons niet de massa maar slechts het verschil in massa tussen twee verschillende soorten neutrino's. Nochtans, als er een verschil is in massa tussen twee soorten neutrino's, moet minstens één type (en waarschijnlijk elk van de neutrino's) niet-nul zijn.
Van een praktisch standpunt, geeft het verschil in massa, die wij hebben gemeten, ons een goede aanwijzing van wat de benaderende massa van neutrino's is. De zwaarste neutrino heeft waarschijnlijk een massa van ongeveer 0,05 elektronenvolts, of ongeveer één miljardste van de massa van een proton.
Hoe kan je er zeker van zijn dat neutrino's massa hebben?
In de wetenschap, is het een gegeven dat nieuw bewijsmateriaal eventueel kan gevonden worden dat onze manier van denken verandert, wetenschappers geven zelden toe dat ze absoluut zeker zijn toe over zeer veel dingen, vooral bij nieuwe ontdekkingen. Nochtans in dit geval, zijn wij vrij zeker dat neutrino's massa hebben. Het fenomeen van neutrinoschommeling dat wij waarnemen is slechts mogelijk als neutrino's massa hebben. Vijf verschillende types van gegevens, met inbegrip van de data van neutrino's die op Aarde en in de Zon aangemaakt worden, tonen de kenmerken van deze schommeling. Alle vijf gegevensreeksen zijn onafhankelijk geanalyseerd door twee groepen binnen het experiment, om de kans van experimentele fouten te verminderen. In alle gevallen, vonden de onafhankelijke groepen overeenstemmende resultaten met elkaar. De kans van al deze gevolgen, die toe te schrijven zijn aan een statistische schommeling (d.w.z. willekeurige kans), is veel minder dan 1%. Een verscheidenheid van theoretische voorspellingen is getest, en de neutrinoschommelingen (en vandaar neutrinomassa) lijken geschikt om onze gegevens te verklaren.
Wat is "ontbrekende massa" en "Donkere materie"?
De ontbrekende massa en de donkere materie zijn twee termen die worden gebruikt om in verwarring brengende observaties in de astronomie te verklaren. In observaties van verre melkwegen, schijnt er meer gravitatie aantrekkingskracht te zijn tussen nabijgelegen melkwegen, en tussen de binnen- en buitendelen van individuele melkwegen, dan door de zichtbare voorwerpen (sterren) die die de galaxieën bevatten. Aangezien graviteit het resultaat is van aantrekking tussen massa's, blijkt het daarom dat er wat ongeziene (ontbrekende) massa is di ezich aan de gravitatiekrachten toevoegt. Aangezien deze massa geen licht uitzend (anders zou het niet missen... ) wordt het ook donkere materie genoemd.
Zijn neutrino's de ontbrekende massa in het heelal?
Neutrino's zijn vaak als mogelijke bronnen van bovenmatige gravitatiekrachten voorgesteld die in verre galaxiën worden waargenomen, maar zij kunnen slechts een rol spelen als zij massa hebben. Een enorme hoeveelheid neutrino's moet in de eerste momenten na de Big Bang veroorzaakt zijn. Deze overblijfselneutrino's zijn niet direct ontdekt, maar een gelijkaardige "zee" van photonenrest van de Big Bang werd ontdekt in 1965 door Penzias en Wilson, en is sindsdien in detail bestudeerd (dit is de zogenaamde microgolf achtergrondstraling).
Nu het bestaan van een neutrinomassa, en een raming van zijn waarde, gekend is, zullen er zonder twijfel vernieuwde studies van de kosmologische invloed van neutrino's zijn. Men kan met wat vertrouwen zeggen dat de kleine neutrinomassa's die door de gegevens worden vermeld waarschijnlijk niet genoeg zijn om alle ontbrekende massa te berekenen. Nochtans, zal de theoretische berekening de gevolgen van massieve neutrino's niet meer moeten speculeren over de vraag of neutrino's massa hebben.
Waarom is het experiment ondergronds?
De zelfde kosmische stralingsreacties in de hogere atmosfeerlagen die de atmosferische neutrino's produceren, die door Super-Kamiokande ook worden gemeten, produceren deeltjes die muonen genoemd worden. Als het experiment aan de oppervlakte van de aarde was, zouden immens veel van deze kosmische stralingsdeeltjes door de detector vliegen dat het onmogelijk zou zijn om iets anders waar te nemen. Muonen worden geladen, en terwijl zij bijna geen materie effectief doordringen, hebben ze soms voldoende energie om aanzienlijke diepten te bereiken. Zelfs op ongeveer 1 km ondergronds, telt super-Kamiokande ongeveer drie dergelijke deeltjes per seconde die door de super-Kamiokande vliegen. Maar door ondergronds te gaan, zorgen wij ervoor dat 99,9% van deze muons uit de rots boven ons worden gefilterd.
Wat zijn de praktische toepassingen op dit werk?
De eigenlijke aard van neutrino's maakt praktische toepassingen in de toekomst onwaarschijnlijk. Het doel van het experiment is de menselijke verstandshouding van de fundamentele bouwstenen van de natuur, en de interactie tussen deze bouwstenen, te verbeteren. Bovendien moeten neutrino's een rol spelen in de ontwikkeling van galaxieën (en vandaar uiteindelijk sterren en planeten) en de voortdurende evolutie van de kosmos, een rol die voorafgaand aan de ontdekking van hun massa kan onderschat zijn.
