Neutriinode osakeste: määratluse, omaduste kirjeldus. neutriino võnkumiste - see ...

Neutriino - elementaarne osake, mis on väga sarnane elektroni, kuid see ei ole elektrilaengut. See on väga väike mass, mis võib olla isegi null. Alates mass neutriino sõltub kiirus. Erinevus saabumisaega ning osakeste kiire on 0,0006% (± 0,0012%). 2011. aastal tehti kindlaks ajal OPERA eksperimendi, et kiirus ületab valguse kiirus neutriinod, kuid sõltumatu seda kogemust ei ole kinnitatud.

Raskesti osakese

See on üks levinumaid osakesed universumis. Kuna suhtleb väga vähe ainest, see on uskumatult raske avastada. Elektronid ja neutronid ei osale tugev tuuma jõud, kuid võrdselt osaleda nõrk. Osakesed, mille selliseid omadusi nimetatakse leptoone. Lisaks elektronide (positron ja antiosakese), mida nimetatakse laetud leptoone muon (200 elektroni mass), tau (3500 elektroni mass), ja nende antiosakese. Neid nimetatakse: elektron, muon ja tau neutriinod. Üks neist on antimaterial komponent, mida nimetatakse antineutriino.

Müon ja tau, nagu elektrone, on sellele lisatud osakesi. See müonit ja tau neutriinod. Kolme liiki osakesi üksteisest erinevad. Näiteks, kui muon neutriinod suhelda eesmärgi saavutamiseks, peavad alati toota müoonid ja kunagi tau või elektronid. Reaktsioonis osakestest, kuigi elektrone ja elektronide neutrinos on loodud ja hävitatud nende summa jääb muutumatuks. See asjaolu viib eraldamine leptonite kolme liiki, millest igaüks omab laetud leptonite ja kaasnevad neutriino.

Selle avastamiseks osakeste nõutud väga suur ja tundlikud detektorid. Üldjuhul madala energia neutriinode rändab palju valgust aastat suhtlemine tähtis. Sellest tulenevalt peavad kõik jahvatatud eksperimentides nendega toetuda mõõtmiseks väike osa, mis suhtleb registripidajad mõistliku suurusega. Näiteks ühes neutriinode jälgimissüsteem Sudbury, mis sisaldas 1000 tonni rasket vett läbib detektori umbes 1012 päikese neutrinos sekundis. Ja leitud ainult 30 päevas.

Ajalugu avastus

Wolfgang Pauli esimene postuleeritud olemasolu osakeste 1930. Tol ajal oli probleem, sest tundus, et energia ja pöördemomenti ei salvestata beeta lagunemine. Aga Pauli märkis, et kui ei eraldu neutriinod suheldes neutraalsete osakeste, siis energia jäävuse seaduse jälgitakse. Itaalia füüsik Enrico Fermi 1934. arendatud teooria beeta lagunemine, ja andis talle nime osakeste.

Vaatamata kõigile prognoose 20 aastat, neutriinod ei saa tuvastada eksperimentaalselt tänu oma nõrk vastasmõju ainega. Kuna osakesed on elektriliselt laetud, nad ei tegutse elektromagnetilise jõud, ning seetõttu nad ei põhjusta aine ionisatsioon. Lisaks nad reageerivad aine ainult läbi Nõrk vastastikmõju kerget jõudu. Seetõttu on nad kõige läbitungiv Subatomaarsed osakesed võimaldab neil läbida tohutu aatomite arv põhjustamata mingeid reaktsioone. Ainult 1-10000000000 need osakesed kulgevate kangast, mille kaugus on võrdne läbimõõt Maa reageerib prootonid või neutron.

Lõpuks 1956 rühma American füüsikud eesotsas Frederick Reines teatas avastamist elektroni antineutriino. Eksperimentides see antineutrinos kiirguv tuumareaktori reageerima prootoni, moodustades neutronid ja positrone. Unikaalne (ja harva) energia allkirjad viimane kõrvalsaaduste oli tõend olemasolu osakeste.

Avamise laetud leptoone müoonid võeti alguspunktiks hilisemal tuvastamisel teist tüüpi neutriinosid - muon. Nende identifitseerimist viidi läbi 1962. aasta tulemuste põhjal läbiviidud eksperimendi Hiukkaskiihdytin. Kõrgenergiaobservatooriumid müoonid lagunemise neutrinos moodustatud pi-mesonite ja suunatakse detektori nii, et oli võimalik uurida nende reaktsiooni aines. Vaatamata sellele, et nad on vähem reaktiivsed, samuti teist tüüpi osakesi, leiti, et neil harvadel juhtudel, kui nad reageerivad prootonite või neutronite müoonid, neutrinos müoonid, kuid mitte kunagi elektronid. 1998. aastal Ameerika füüsikud Leon Ledermani, Melvin Schwartz ja Dzhek Shteynberger anti Nobeli preemia füüsikas identifitseerimine muon-neutriinod.

Kui 1970ndate keskel, siis neutriinofüüsika saavutanud teist liiki tasu leptonite - tau. Tau-neutriino ja tau-antineutrinos seostati see kolmas laetud leptonarvu. Aastal 2000, füüsikud National Accelerator Laboratory. Enrico Fermi teatatud esimese eksperimentaalsed tõendid, et on olemas sellist liiki osakesi.

kaal

Kõik liiki neutriinod on mass, mis on palju vähem kui nende partnerid laetud. Näiteks katsed näitavad, et mass elektrone neutriino peab olema väiksem kui 0,002% elektroni massi ja masside summaga kolme sorti peaks olema väiksem kui 0,48 eV. Mõtlesin juba aastaid, et osakese mass on null, kuigi ei olnud veenvad teoreetiliste tõendite, miks see peaks olema nii. Siis aastal 2002, Sudbury Neutrino Observatory saadi esimene otseseid tõendeid, et elektronide neutriinod eraldunud tuuma reaktsioone tuum päike, kui nad läbivad seda muuta tüüp. Sellised "võnkumiste" neutriino võimalik, kui ühe või mitme osakestest mass on väike. Nende uuringute interaktsiooni kosmiline kiirgus Maa atmosfääri ka kohaloleku märkimiseks mass, kuid edasised katsed on vaja täpsemalt määratleda.

allikatest

Looduslikud allikad neutrinos - radioaktiivne lagunemine elemente maa pealt, mis on eraldunud asuva suure voolu madala energiatarbega elektrone antineutriino. Supernoovadest on samuti otstarbekohaselt neutriinode nähtusega, sest need osakesed saab ainult tungida hyperdense materjali moodustunud kaotava tärni; ainult väike osa energiast muundatakse valgus. Arvutused näitavad, et umbes 2% päikeseenergia - energia neutrinos moodustunud reaktsioone termonukleaarseks fusion. On tõenäoline, et enamik tumeaine universumi koosneb neutriinode jooksul toodetud Big Bang.

füüsika probleemid

Alad, mis on seotud neutriinode astrofüüsika ja mitmekesine ja kiiresti arenev. Aktuaalne et meelitada suur hulk eksperimentaalse ja teoreetilise jõupingutusi järgmised:

• Millised on erinevad neutriinode masside?
• Kuidas need mõjutavad kosmoloogia, Big Bang?
• nad võnkuma?
• Kas üht tüüpi neutriinode muutub teise kui nad reisivad läbi mateeria ja ruumi?
• Kas neutriinod põhimõtteliselt erinev antiosakeste?
• Kuidas tähed kollaps moodustada supernoova?
• Mis roll on neutriinode kosmoloogia?

Üks pikaajalisi probleeme eriti huvi on nn päikese neutriinode probleem. See nimi viitab asjaolule, et ajal mitu maapealse eksperimendid läbi viimase 30 aasta, pidevalt täheldatud osakesed väiksemad kui vaja toota kiirgusenergia päike. Üks võimalik lahendus on võnkumine, st. E. ümberkujundamine elektronide neutriinod et müonit või tau reisi ajal Maale. Nii palju raskem mõõta madala energiatarbega muon või tau neutriinod, selline ümberkujundamine miks me ei näe õige kogus osakesi Maal.

Neljas Nobeli preemia

Nobeli füüsikapreemia 2015 pälvis Takaaki Kaji ja Arthur MacDonald avastamiseks neutriino mass. See oli neljas sarnaseid auhinna seostatakse eksperimentaalse mõõtmiste need osakesed. Keegi võib olla huvitatud küsimusele, miks peaks me hoolime nii palju midagi, mis vaevalt suhelda tavalise aine.

Asjaolu, et meil on võimalik avastada neid efemeerse osakesed, annab tunnistust inimeste leidlikkuse. Kuna reeglid kvantmehaanika, tõenäosuslik, me teame, et vaatamata asjaolule, et peaaegu kõik neutriinod läbivad Maa, mõned neist suhelda ta. Detektor on võimeline piisavalt suured on registreeritud.

Esimene selline seade ehitati kuuekümnendatel, sügaval minu Lõuna-Dakota. Võlli täitis 400 tuhat krooni. L puhastamise vedeliku. Keskmiselt ühe osakese neutriinode päevas suhtleb kloori-, muundab selle argooni. Uskumatu, Raymond Davis, kes oli vastutav detektor, leiutas meetodi avastamise mitu argooni aatomi ja nelja aastakümmet hiljem, 2002. aastal, selle hämmastav tehnoloogia sai ta Nobeli preemia.

uus astronoomia

Kuna neutriinod suhelda nii nõrgalt, võivad nad reisida pikkade vahemaade taha. Nad annavad meile pilguheidu kohti, mis muidu ei oleks kunagi näinud. Neutriinode avastatud Davis, tulemusena moodustatud tuuma reaktsioonid, mis toimus südames päike ning suutsid jätta selle uskumatult tihe ja kuum iste peale, sest nad ei suhtle teiste asi. Võite isegi tuvastada neutriinod eralduvate kesklinnas koostejoonis tärni kaugusel üle saja tuhande valgusaasta kaugusel Maa.

Lisaks need osakesed võimaldavad jälgida universumit tema väga väikese ulatusega, palju väiksem kui need, mida on võimalik uurida Large Hadron Collider Genfis, avastas Higgsi boson. Just sel põhjusel, et Nobeli komitee otsustas anda Nobeli avastamisest neutriino teist tüüpi.

salapärane puudust

Kui Ray Davis täheldatud päikeseenergia neutriinod, leidis ta ainult kolmandik eeldatav kogus. Enamik füüsikud usuvad, et selle põhjuseks on kesine astrofüüsika Päikese: võib-olla paistis aluspinnase mudel ülehindas toodetud oma neutriino. Siiski aastaid, isegi pärast päikese mudelid on paranenud, puudujääk jäi. Füüsikud on pööranud tähelepanu veel ühele võimalusele: probleem võib olla seotud meie taju nende osakesi. Vastavalt teooria, siis valitses neil ei ole kaalu. Aga mõned füüsikud on väitnud, et tegelikult on osakeste üliväike mass ja see mass oli põhjus nende puudumine.

Kolm näoga osakese

Vastavalt teooria neutriinode võnkumisi, looduses on kolm erinevat tüüpi neid. Kui osakese mass on, et see liigub see võib siirduda ühest tüübist teise. Kolm tüüpi - elektronid müoonid ja tau - interaktsioonis aine võib muundada vastavateks laetud osakeste (elektronide ja muon tau leptoone). "Võnkumine" on tingitud kvantmehaanika. neutriino tüüp ei ole konstantne. See muutub aja jooksul. Neutriinode, mis alustas oma olemasolu e-mail, võib muutuda muon, ja siis tagasi. Seega osakeste, mis moodustati tuum päike, teel Maa saab perioodiliselt ümber muon neutriinod ja vastupidi. Kuna Davis detektori võiks avastada ainult elektrone neutrinos, mis võib viia tuuma transmutatsiooniseadmete kloori argooni, tundus võimalik, et puuduvat neutriinode kujunes teised tüübid. (Tuleb välja, et neutriinod võnkuma sees Sun, mitte teel Maa).

Kanada eksperiment

Ainus võimalus testida seda oli luua detektor, mis töötas kõigi kolme neutriinod. Alates 90. Arthur McDonald kuninganna Ülikooli Ontario, juhtis ta, mis toimub kaevanduse Sudbury, Ontario. Paigaldamine sisaldab tonni rasket vett, tingimusel laenu valitsuse poolt Kanada. Raske vesi on haruldane, kuid looduslikult esinevast vett, kusjuures vesinik sisaldas üks prooton asendatakse tema raskemate isotoopide deuteeriumi, mis sisaldab prootoni ja neutroni. Kanada valitsuse varutud raske vesi, m. K. Seda kasutatakse kui jahutusvedeliku tuumareaktorites. Kõik kolm liiki neutriinod võivad hävitada deuteeriumi moodustavad prootonid ja neutronid, neutronite ja seejärel loendati. Detector registreeritud umbes kolm korda rohkem võrreldes Davis - täpselt sellise summa, mis kõige paremini ennustada Sun mudelid. See näitab, et elektron-neutrinos saab võnkuma tema teised tüübid.

Jaapani eksperiment

Umbes samal ajal, Takaaki Kadzita Ülikooli Tokyo läbi teise tähelepanuväärne katse. Detektor paigaldatud võlli Jaapan salvestatud neutriinod tulevad mitte sisemuse päike ja ülemise atmosfääri. Prootoni kokkupõrked kosmiline kiirgus atmosfääriga moodustuvad dušid muud osakesed, sealhulgas muon neutrinos. Kaevanduses neid muundada vesinik tuumade müoonid. Detector Kadzity võis näha osakesi tulevad kahes suunas. Mõned langes ülevalt, tulevad atmosfääri, samas kui teised liiguvad alt. Osakeste hulk oli erinev, et rääkis oma olemuselt erinevad - nad olid eri kohtades oma võnkuva tsükli.

Revolutsioon Science

See kõik eksootiline ja üllatav, kuid miks neutriino võnkumisi ja mass meelitada nii palju tähelepanu? Põhjus on lihtne. In standard mudel elementaarosakeste füüsika, arenenud viimase viiekümne aasta kahekümnendal sajandil, mis õigesti kirjeldab kõiki teisi tähelepanekuid kiirendid ja muude eksperimentide neutriinod pidid olema massless. Avastus neutriino mass näitab, et midagi on puudu. Standardmudel ei ole täielik. Puuduvad elemendid veel avastamata - abiga Large Hadron Collider või teise, ei ole veel loodud virtuaalne masin.