Eine Studie der Hokkaido University hat gezeigt, dass schwer nachweisbare Teilchen, sogenannte Neutrinos, mit Photonen von Licht und anderer elektromagnetischer Strahlung auf Arten interagieren können, die bisher nicht registriert wurden. Die Ergebnisse des Professors Emeritus Kenzo Ishikawa von der Hokkaido University und seinem Kollegen Yutaka Tobita, Lektor an der Hokkaido University of Science, wurden im Journal Physics Open veröffentlicht.
„Unsere Ergebnisse sind wichtig, um die quantenmechanischen Interaktionen von einigen der grundlegendsten Elementarteilchen zu verstehen“, sagte Ishikawa. „Sie könnten auch dabei helfen, Details über derzeit kaum verstandene Phänomene in der Sonne und in anderen Sternen zu enthüllen.“
Neutrinos gehören zu den rätselhaftesten Elementarteilchen. Sie sind extrem schwer zu erforschen, weil sie kaum mit anderen Teilchen interagieren. Sie sind elektrisch neutral und haben fast keine Masse. Dennoch gibt es sie in hoher Anzahl – große Mengen werden ständig von der Sonne abgestrahlt und durchqueren die Erde und tatsächlich auch uns, praktisch ohne irgendeinen Effekt. Mehr über Neutrinos zu erfahren, ist wichtig für die Überprüfung und vielleicht die Verfeinerung unseres aktuellen Wissens zur Teilchenphysik, bekannt als das Standardmodell.
„Unter normalen, ‚klassischen‘ Bedingungen werden Neutrinos nicht mit Photonen interagieren“, erklärte Ishikawa. „Wir haben jedoch gezeigt, wie Neutrinos und Photonen induziert werden können, um in den gleichförmigen, extrem großen Magnetfeldern (bis zu 103km) zu interagieren, die in der Materie um Sterne (Plasma) existieren.“ Plasma ist ein ionisiertes Gas, was bedeutet, dass all seine Atome entweder ein Übermaß oder einen Mangel an Elektronen besitzen. Dadurch werden sie zu negativ oder positiv geladenen Ionen und sind keine neutralen Atome, die unter Alltagsbedingungen auf der Erde auftreten können.
Die von den Forschern beschriebene Interaktion umfasst ein theoretisches Phänomen, das als der elektroschwache Hall-Effekt bezeichnet wird. Dies ist eine Interaktion von Elektrizität und Magnetismus unter extremen Bedingungen, wo sich zwei der Grundkräfte der Natur – die elektromagnetische Kraft und die schwache Wechselwirkung – zur elektroschwachen Kraft vereinigen. Es ist ein theoretisches Konzept, von dem man annimmt, dass es nur in den hochenergetischen Bedingungen des frühen Universums oder innerhalb der Kollisionen in Teilchenbeschleunigern Anwendung findet.
Im Rahmen der Studie wurde eine mathematische Beschreibung dieser unerwarteten Neutrino-Photon-Interaktion abgeleitet, welche alles Bekannte über die Energiezustände des Systems beschreibt.
„Neben ihrem Beitrag zu unserem Verständnis der grundlegenden Physik könnte unsere Arbeit auch helfen, etwas zu erklären, was als das Rätsel der koronalen Aufheizung bekannt ist“, sagte Ishikawa. „Dies ist ein lange bestehendes Rätsel um den Mechanismus, durch den die äußere Sonnenatmosphäre – die Korona – eine viel höhere Temperatur aufweist als die Sonnenoberfläche. Unsere Arbeit zeigt, dass die Interaktion zwischen Neutrinos und Photonen Energie freisetzt, die die Sonnenkorona aufheizt.“
„Wir hoffen jetzt, unsere Arbeit fortzusetzen, um tiefere Einblicke zu gewinnen, insbesondere in den Energietransfer zwischen Neutrinos und Photonen unter diesen extremen Bedingungen“, sagte Ishikawa.
(THK)
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