Neutrinos

• First proposed by Wolfgang Pauli (1930), a Swiss scientist

• Second most abundant particle in the Universe after photons (light particles)

• Extremely abundant: more than 100 trillion pass through each person every second

Properties of Neutrinos

• Subatomic particles (different from neutrons)

• Belong to the lepton family

• Electrically neutral (no charge)

• Tiny mass

  • Mass discovered through neutrino oscillations

  • 2015 Nobel Prize awarded to Takaaki Kajita (Japan) and Arthur McDonald (Canada) for discovery of neutrino oscillations

• Not affected by electromagnetic forces

• Exist in three types (flavours), each with different masses

• Very weak interaction

  • Almost never react with solid bodies

  • Least harmful particle

• Sources of neutrinos:

  • Sun

  • Black holes

  • Nuclear explosions

Significance of Neutrinos

• Hold clues to the origin and evolution of the Universe

• Useful for neutrino tomography of Earth → studying Earth’s internal structure

• Potential applications:

  • Communication

  • Detecting nuclear leakages and disasters

  • Detecting oil reserves

  • Detecting nuclear explosions and disasters (e.g., Japan) – faster than seismic waves

Why Neutrino Labs are Underground

• Neutrinos are very difficult to detect due to weak interaction with matter

• Surface experiments are disturbed by:

  • Cosmic rays

  • Natural radioactivity

• Underground observatories minimize interference

World Neutrino Projects

Underground Observatories

• Sudbury Neutrino Observatory (Canada) → studied solar and atmospheric neutrinos

• Super-Kamiokande (Japan) → key in proving neutrino oscillations

• Gran Sasso (Italy)

Underwater Observatories

• Amundsen (Antarctica)

• ANTARES (Mediterranean Sea, France)

IceCube (South Pole, Antarctica)

• World’s largest neutrino telescope

• Built inside a giant cube of ice

• Detects high-energy neutrinos and dark matter

• Buried deep in ice to filter background noise

Indian Neutrino Observatory (INO) Project

• Location: Pottipuram, Theni district (Bodi Hills), Tamil Nadu – Charnockite rock

• Aim: Study atmospheric neutrinos in initial phase

• Funding: Jointly by Department of Atomic Energy (DAE) and Department of Science & Technology (DST)

Project Plan

• Construction of underground laboratory

• Phase 1: Study of natural neutrinos

• Phase 2: Study of factory-made neutrinos from USA, Europe, Japan, and Antarctica

 न्यूट्रिनो:

न्यूट्रिनो

• सबसे पहले 1930 में स्विस वैज्ञानिक वोल्फगैंग पाउली ने प्रस्तावित किया

• फोटॉन (प्रकाश कण) के बाद ब्रह्मांड में दूसरा सबसे प्रचुर कण

• अत्यधिक प्रचुर: प्रत्येक व्यक्ति के शरीर से हर सेकंड में 100 ट्रिलियन से अधिक गुजरते हैं

न्यूट्रिनो के गुण

• उप-परमाण्विक कण (न्यूट्रॉन से अलग)

• लेप्टॉन परिवार से संबंधित

• विद्युत रूप से उदासीन (कोई आवेश नहीं)

• सूक्ष्म द्रव्यमान

  • द्रव्यमान का पता न्यूट्रिनो दोलन से चला

  • 2015 का नोबेल पुरस्कार ताकाकी काजिटा (जापान) और आर्थर मैकडॉनल्ड (कनाडा) को न्यूट्रिनो दोलन की खोज के लिए दिया गया

• विद्युतचुंबकीय बलों से प्रभावित नहीं होते

• तीन प्रकार (स्वाद/फ्लेवर) में मौजूद, प्रत्येक का द्रव्यमान अलग

• अत्यंत कमजोर अंतःक्रिया

  • ठोस पिंडों के साथ लगभग कभी प्रतिक्रिया नहीं करते

  • सबसे कम हानिकारक कण

• न्यूट्रिनो के स्रोत:

  • सूर्य

  • ब्लैक होल

  • परमाणु विस्फोट

न्यूट्रिनो का महत्व

• ब्रह्मांड की उत्पत्ति और विकास के रहस्यों को समझने में सहायक

• पृथ्वी की आंतरिक संरचना के अध्ययन के लिए न्यूट्रिनो टोमोग्राफी में उपयोगी

• संभावित अनुप्रयोग:

  • संचार

  • परमाणु रिसाव और आपदाओं का पता लगाना

  • तेल भंडार की खोज

  • परमाणु विस्फोट और आपदाओं का पता लगाना (जैसे जापान) – भूकंपीय तरंगों से तेज

न्यूट्रिनो प्रयोगशालाएँ भूमिगत क्यों होती हैं

• न्यूट्रिनो को पकड़ना बहुत कठिन है क्योंकि इनकी अंतःक्रिया बहुत कमजोर होती है

• सतह पर किए गए प्रयोग प्रभावित होते हैं:

  • कॉस्मिक किरणों से

  • प्राकृतिक रेडियोधर्मिता से

• भूमिगत वेधशालाएँ हस्तक्षेप को न्यूनतम करती हैं

विश्व के न्यूट्रिनो प्रोजेक्ट

भूमिगत वेधशालाएँ

• सडबरी न्यूट्रिनो वेधशाला (कनाडा) → सौर और वायुमंडलीय न्यूट्रिनो का अध्ययन

• सुपर-कामियोकांडे (जापान) → न्यूट्रिनो दोलन को साबित करने में प्रमुख

• ग्रैन सासो (इटली)

पानी के भीतर वेधशालाएँ

• अमुंडसेन (अंटार्कटिका)

• एंटेरेस (भूमध्य सागर, फ्रांस)

आइसक्यूब (दक्षिणी ध्रुव, अंटार्कटिका)

• दुनिया का सबसे बड़ा न्यूट्रिनो दूरबीन

• बर्फ के विशाल घन के अंदर निर्मित

• उच्च-ऊर्जा न्यूट्रिनो और डार्क मैटर का पता लगाता है

• पृष्ठभूमि शोर को छानने के लिए बर्फ के भीतर गहराई में दबाया गया

भारतीय न्यूट्रिनो वेधशाला (INO) प्रोजेक्ट

• स्थान: पोट्टिपुरम, थेनई ज़िला (बोडी हिल्स), तमिलनाडु – चार्नोकाइट चट्टान

• उद्देश्य: प्रारंभिक चरण में वायुमंडलीय न्यूट्रिनो का अध्ययन

• वित्तपोषण: परमाणु ऊर्जा विभाग (DAE) और विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी विभाग (DST) द्वारा संयुक्त

प्रोजेक्ट योजना

• भूमिगत प्रयोगशाला का निर्माण

• चरण 1: प्राकृतिक न्यूट्रिनो का अध्ययन

• चरण 2: कारखाने में बने न्यूट्रिनो का अध्ययन (अमेरिका, यूरोप, जापान और अंटार्कटिका से)