Kan een neutrino stil liggen?

Question

Deeltjes zonder massa (zoals licht) móéten met de lichtsnelheid reizen. Alles wat wél massa heeft, kan die snelheid nooit halen.
Nu weten we dat een neutrino een heel klein beetje massa heeft. Van neutrino's hoor ik altijd dat zij met bijna de lichtsnelheid reizen.

Betekent dit dat een neutrino in theorie niet gewoon 'stil kan staan' in de ruimte, net als een stilstaande auto, of is er een regel die zegt dat hij altijd met die hoge snelheid moet blijven bewegen ?

En zo ja, hoe zit het dan met de wetten van de quantummechanica ? Daarin mag je van een deeltje nooit de plek én de snelheid tegelijkertijd precies weten. (onzekerheidsrelatie van Heisenberg)

Als een neutrino echt helemaal 'stil zou liggen', weten we zijn snelheid (die is 0) heel precies. Betekent dit dat het neutrino dan 'vaag' wordt en overal tegelijk is, waardoor 'stilstaan' voor zo'n piepklein deeltje eigenlijk onmogelijk is?"

Thecis · Accepted Answer

Bij deze het lange(re) antwoord.

Neutrino’s zijn zeer lichte, zeer kleine elementaire deeltjes. Een ster (zoals onze zon) stoot er per seconde miljarden x miljarden van uit en het gros gaat dwars door de aarde heen. Er zijn neutrino detectoren (bijvoorbeeld de km3-detector (een detector die 1 kubieke kilometer water in de gaten houdt) in de middellandse zee (zo uit het hoofd) die af en toe een lichtflitsje meet. Neutrino’s hebben met bijna niets interactie (en ja, ze zijn meegenomen als mogelijke kandidaat voor Dark Matter en nee, daarvoor zijn er (veel) te weinig neutrino’s.

Laten we als eerste redeneren puur vanuit de klassieke mechanica. Hierin heb je behoud van impuls. Een neutrino komt uit een ster met relativistische snelheden (en niet zomaar, maar in de orde van 99,9999% van de lichtsnelheid, ik kan er een decimaal naast zitten). Om een neutrino volledig stil te leggen, moet je dus een botsing hebben die in éxact tegenovergestelde richting botst (dus volledig frontaal) en éxact dezelfde snelheid heeft. Eigenlijk moet je zeggen dat de massa x de snelheid (Impuls = m * v) exact hetzelfde moet zijn, maar wel in tegenovergestelde richting). In theorie heel goed mogelijk, in de praktijk is dit nog véél moeilijker dan een lot in de loterij. Maar met de hoeveelheid neutrino’s (ondanks dat ze met bijna niets botsen) toch heel goed mogelijk….., in theorie als we puur vanuit de klassieke mechanica redeneren.

Maar neutrino’s kan je niet alleen maar met klassieke mechanica beschrijven. Quantum mechanica is hiervoor nodig. Want die deeltjes zijn zo klein, die houden zich eigenlijk niet aan de klassieke mechanica. Tunnelen e.d. is aan de orde van de dag.
Als we iets naar het absolute nulpunt brengen, gaan zelfs atomen stil staan. En dat kan je aantonen, zo weten we waar het absolute nulpunt ligt. De snelheid / beweging van atomen en bindingen nemen lineair af en zou volledig stil moeten staan bij 0 Kelvin, -273.15 graden Celsius. Alleen lukt dat niet. Want de QM gooit roet in het eten. Deeltjes staan namelijk nooit helemaal stil en het absolute nulpunt bereiken we dan ook niet. Met het onzekerheidsprincipe kunnen we dit illustreren (helaas niet verklaren omdat Heisenberg, net zoals veel andere natuurkundigen, zaken beschrijft. We weten in basis niet waarom het zich zo gedraagt, wel dat het zo is).

(vervolg in de reactie, geen zorgen, ben bijna klaar)

Gwen · Answer

Een neutrino kan eigenlijk niet stil liggen. Omdat ze een beetje massa hebben, reizen ze meestal met een snelheid heel dicht bij de lichtsnelheid, maar ze kunnen niet gewoon stil staan, zoals een auto.

Volgens de regels van de relativiteit moet elk deeltje met massa, zoals neutrino's, altijd bewegen. Als ze zouden stil staan, zouden ze ook een bekende positie en snelheid hebben, wat lastig is door de onzekerheidsrelatie van Heisenberg. Dit betekent dat het neutrino dan op een vreemde manier 'vaag' wordt, en het idee van stilstaan voor zo'n klein deeltje is ingewikkeld.

Dus, in theorie kan een neutrino niet echt stil staan, en hun gedrag wordt vaker gekarakteriseerd door quantummechanica waarbij ze altijd in beweging zijn.

Wie heeft er meer gedachten of inzichten over neutrino’s en hoe deze deeltjes zich gedragen? Hebben jullie interessante weetjes of theorieën daarover?

Kan een neutrino stil liggen?

Het beste antwoord

Andere antwoorden (1)

Bekijk alle vragen in deze categorieën: