Нейтрино бөлшектердің: анықтамасы, қасиеттері, сипаттамасы. осцилляции нейтрино - бұл ...

Нейтрино - электрон өте ұқсас, бірақ ол электр заряды жоқ элементар бөлшектер. Ол тіпті нөлге тең болуы мүмкін өте аз массасын, бар. массасының нейтрино бастап жылдамдығына байланысты. келу және бөлшектердің сәуленің уақыт айырмашылық 0,0006% (± 0,0012%) болып табылады. 2011 жылы, ол жылдамдығы жеңіл нейтрино жылдамдығы асып кеткен ОПЕРА эксперимент барысында құрылды, бірақ бұл тәжірибе тәуелсіз расталған жоқ.

ұстатпайтын бөлшектердің

Бұл ғаламдағы ең көп таралған бөлшектердің бірі болып табылады. ол мәселе өте аз өзара іс-қимыл болғандықтан, анықтау өте қиын болып табылады. Электрондар мен нейтрино күшті ядролық күшіне қатысуға, бірақ бірдей әлсіз қатысу жоқ. мұндай қасиеттері бар бөлшектер лептоны деп аталады. электрон (позитрон және античастица) қатар, зарядталған сүреңсіз мюона (200 электронды бұқаралық) Тау (3500 электрон массасы), және олардың античастицы аталады. Олар деп аталады: электрон, мюон және тау нейтрино. Олардың әрқайсысы антинейтрино деп аталатын antimaterial компонентін, бар.

Мюонды және Тау, электрон сияқты, ілеспе бөлшектер бар. Ол Мюонды және Тау нейтрино. бір-бірінен түрлі бөлшектердің үш түрі. Мысалы, мюон нейтрино нысанаға өзара іс-қимыл кезінде, олар әрдайым мюондар және ешқашан ТАУ немесе электрондарды шығарады. электрондар мен электрондардың нейтрино құрылады және жойылады, бірақ бөлшектердің реакция, олардың сомасы өзгеріссіз қалады. Бұл факт зарядталған сүреңсіз және ілеспе нейтрино бар, олардың әрқайсысы үш түрі, ішіне бөлу сүреңсіз әкеледі.

Бұл бөлшектер анықтау үшін өте үлкен және өте сезімтал детекторлар қажет. төмен энергетикалық нейтрино бар сияқты ереже, мәселе өзара іс-қимыл үшін көптеген жеңіл жылдар бойы саяхат болады. Демек, олармен барлық жер эксперименттер тіркеушілер мөлшері ақылға қонымды әрекеттеседі шағын фракциясының өлшеу сүйенеді. Мысалы, нейтрино обсерватория Sudbury жылы, ауыр су 1000 тонна құрамында секундына 1012 күн нейтрино туралы детектормен арқылы өтеді. Және тек 30 күніне табылған.

ашу тарихы

Вольфганг Паули бірінші сол уақытта 1930 жылы бөлшектердің болуын постулировал ол энергетикалық және бұрыштық сәттен бета ыдырау сақталады емес, көрінген, өйткені, проблема, болды. Бірақ Паули бар бейтарап бөлшектердің өзара іс-қимыл нейтрино шығаратын емес, егер, деп атап өтті Энергияның сақталу заңы байқалатын болады. 1934 жылы итальяндық физик Энрико Ферми бета ыдырау теориясын әзірледі, және оған бөлшектердің атын берді.

20 жыл бойы барлық болжау қарамастан, нейтрино байланысты оның үшін эксперименттік табылған болуы мүмкін емес әлсіз өзара іс-қимыл мәселе бар. бөлшектер электр алынады, өйткені, олар электромагниттік күштер әрекет емес, және, демек, олар заттың иондалуы себеп емес. Сонымен қатар, олар тек әлсіз өзара шамалы күшіне арқылы зат әрекеттеседі. Сондықтан, олар кез келген реакция тудырмай атомдарының үлкен санының арқылы өтетін қабілетті ең еніп элементар бөлшектер болып табылады. Тек 1 Жер диаметріне тең қашықтықта арқылы мата арқылы саяхат осы бөлшектердің млрд 10, протон немесе нейтронды әрекеттеседі.

Соңында, 1956 жылы Фредерик Reines бастаған американдық физиктер тобы, деп хабарлайды электронды антинейтрино ашу. эксперименттер жылы нейтрондардың және позитронов қалыптастыру, Протон өзара, ядролық реакторды сәулелену антинейтрино. -Өнімдер соңғысының энергетикалық қолтаңбалары Бірегей (және сирек) бөлшектердің бар екендігіне дәлелі болды.

Мюонды - зарядталған сүреңсіз мюондар ашу екінші түрі нейтрино кейінгі сәйкестендіру үшін нүктесі болды. Олардың сәйкестендіру бөлшектердің үдеткіш эксперимент нәтижелері негізінде 1962 жылы жүргізілді. Жоғары энергетикалық мюондар ыдырауы нейтрино пи-мезон қалыптастырады және ол зат олардың реакциясын зерттеуге мүмкін болатын, сондықтан детектордың бағытталған. олар емес реактивті болып, сондай-ақ бөлшектердің басқа түрлері болғанына қарамастан, ол сирек жағдайларда олар протон немесе нейтрондар, мюонов, нейтрино мюонов әрекеттеседі, бұл кезде табылған, бірақ электрондар ешқашан болды. 1998 жылы, американдық физиктер Леон Lederman, Мелвин Шварц және Dzhek Shteynberger Мюонды-нейтрино сәйкестендіру үшін физика бойынша Нобель сыйлығына ие болды.

Тау - 1970-ші жылдарға жылы нейтрино физика зарядталған сүреңсіз басқа түрін алды. Тау-нейтрино және Тау-антинейтрино осы үшінші зарядталған лептон байланысты болды. 2000 жылы, ұлттық Accelerator зертханасының физиктер. Энрико Ферми бөлшектердің осы түріне болуымен бірінші эксперименттік дәлелдемелер хабарлады.

салмақ

нейтрино барлық түрлері зарядталған олардың әріптестерінің қарағанда әлдеқайда аз болып табылады массасы, бар. Мысалы, эксперименттер электрон-нейтрино бұқаралық электрон массасы кем 0,002% болуы тиіс және үш сорттарын массаларының сомасы кем 0,48 эВ болуы тиіс екенін көрсетеді. ол бұл жолы болуы тиіс неге жоқ нанымды теориялық дәлелі, болды, бірақ бөлшектердің массасы, нөлге тең деп көптеген жылдар бойы ой. Содан кейін, 2002 жылы, Sudbury Neutrino Observatory себебі олар ол арқылы өтеді, оның түрін өзгерту, электронды нейтрино күн өзегі ядролық реакциялардың шығаратын бұл бірінші тікелей дәлелдер алынды. Мұндай «тербелістер» нейтринного ықтимал бөлшектердің бір немесе бірнеше шағын массасы болса. Жер атмосферасындағы Олардың зерттеулер ғарыштық сәулелердің өзара, сондай-ақ массасының болуын көрсетеді, бірақ одан әрі эксперименттер дәлірек оны анықтау үшін қажет.

көздері

нейтрино Табиғи көздері - аз энергия электрон-антинейтрино үлкен ағыны шығады шегінде жер элементтерінің радиоактивті ыдырауы. Тым осы бөлшектер ғана тасалау жұлдыз құрылған hyperdense материал еніп болады, өйткені, сондай-ақ тиімді, құбылыс нейтрино жатыр; энергия аз ғана бөлігі жарық түрлендіріледі. қалыптасқан энергия нейтрино - Есептеулер күн энергиясының бұл туралы 2% көрсетеді термоядролық реакциялардың синтез. Ол Әлемнің қараңғы материяның ең Үлкен жарылыс кезінде өндірілген нейтрино құрады әбден мүмкін.

физика мәселелері

астрофизиканы нейтрино байланысты бағыттары, сондай-ақ әр түрлі және тез дамып келе жатқан. эксперименттік және теориялық күш үлкен санын тарту өзекті мәселелері, мынадай:

• түрлі массасының нейтрино қандай?
• Олар қалай космология, Үлкен Жарылысты әсер етеді?
• Олар ауытқуы?
• олар материя мен кеңістігі арқылы саяхат ретінде нейтрино бір түрі басқа айналады болады?
• нейтрино олардың античастиц негізінде ерекшеленеді?
• Қалай жұлдыз сверхновой қалыптастыру тасалау?
• космологии нейтрино рөлі қандай?

Атап қызығушылық көпжылдық проблемалардың бірі деп аталатын күн нейтрино проблема болып табылады. Бұл атау соңғы 30 жылда жүргізілген бірнеше жер үсті эксперимент барысында, үздіксіз күн энергиясын сәуле шығаруға қажетті қарағанда бөлшектер аз байқалады, бұл шын мәнінде жатады. Ықтимал шешімдердің бірі, яғни, тербеліс болып табылады. E. Жерге сапары кезінде Мюонды немесе Тау электронның нейтрино трансформациясы. Сондықтан одан бетер қиын төмен энергетикалық Мюонды немесе Тау нейтрино өлшеу үшін біз Жердегі бөлшектердің дұрыс мөлшерін көріп тұрған жоқпын неге, трансформация осы түрі түсіндіруге болады.

Төртінші Нобель сыйлығының

Физика 2015 жылғы Нобель сыйлығының массасының нейтрино анықтау үшін Takaaki Kaji және Артур МакДональд марапатталды. Бұл осы бөлшектердің эксперименттік өлшеу байланысты төртінші ұқсас марапат болды. Біреу біз әрең қарапайым мәселе өзара іс-қимыл туралы нәрсеге сонша қамқорлық керек, неге сұраққа мүдделі болуы мүмкін.

біз осы эфемерлік бөлшектердің анықтай алады, бұл факт, адам ақылына бір дәлелі болып табылады. кванттық механиканың ережелерін бастап, ықтималдық, біз барлық дерлік нейтрино Жер арқылы өтеді болғанына қарамастан, олардың кейбіреулері онымен өзара іс-қимыл деп білемін. детектор жеткілікті үлкен мөлшері тіркелген қабілетті болып табылады.

Бірінші мұндай құрылғы Оңтүстік Дакота шахтада терең, алпысыншы жылдары салынған. білік 400 мың толы болды. L тазалау сұйықтығын. орташа бір бөлшектердің нейтрино күнделікті аргон оны түрлендіру, хлор атомдары өзара әрекеттеседі. Нанғысыз, детектор үшін жауапты болды Raymond Дэвис, бірнеше аргон атомдары анықтау әдісін ойлап, және төрт жыл өткен соң, 2002 жылы, осы таңғажайып инженерлік ерлігі үшін ол Нобель сыйлығы берілді.

жаңа астрономия

нейтрино сондықтан нашар өзара іс-қимыл, өйткені, олар үлкен қашықтыққа саяхат болады. Олар бізге әйтпесе біз көрген ешқашан жерлерде түсінуімізге береді. Нейтрино күн жүрегінде өтті, және олар басқа да мәселе емес, өзара жай, өйткені бұл керемет тығыз және ыстық орын қалдыру мүмкіндігіне ие болды ядролық реакциялардың нәтижесінде пайда, Дэвис анықтады. Сіз тіпті Жерден астам жүз мың жарық жыл қашықтықта жарылған жұлдыз орталығынан шығаратын нейтрино анықтай алады.

Сонымен қатар, бұл бөлшектер Женевада Үлкен адронного коллайдер қарауға болады, онда қарағанда әлдеқайда аз, оның өте аз ауқымда, ғалам байқауға мүмкіндік, табылған хигг бозонная. Ол Нобель комитеті басқа түріне нейтрино ашқаны үшін Нобель сыйлығының лауреаты деп шештім, осы себептен.

жұмбақ жетіспеушілігі

Ray Дэвис күн нейтрино байқалады кезде, ол күтілетін саны үштен бір бөлігі ғана табылған. бәлкім сияли жер қойнауын моделі өз нейтрино өндірілетін соманы алымының: Ең физиктер Мұның себебі Күннің астрофизика нашар білу болып табылады деп санаймыз. Дегенмен, көптеген жылдар бойы, күн модельдері жақсарды кейін де, тапшылық қалды. Физиктер басқа мүмкіндігіне назар аударды: проблема осы бөлшектердің біздің қабылдау байланысты болуы мүмкін. теориясына сәйкес, онда олар салмағы жоқ, басым. Бірақ кейбір физиктер, шын мәнінде бөлшектер шексіз массасы бар, және бұл бұқаралық олардың жетіспеушілігі себеп болды деп ойлаған.

Үш-қырлы бөлшектердің

осцилляции нейтрино теориясы айтуынша, табиғатта, олардың үш түрлі түрлері бар. бөлшектердің, ол жылжытылады ретінде ол бір түріне өтуге болады, бұл массасы, бар болса. Үш түрлері - электрондар, мюондар және тау - затпен өзара іс-қимыл тиісті зарядталған бөлшектердің (электрон және Мюонды Тау лептоны) түрлендіріледі болады. «Тербеліс» кванттық механика байланысты. нейтрино түрі тұрақты емес. Ол ұзақ уақыт бойы өзгереді. электрондық пошта сияқты өз жұмысын бастады нейтрино, артынан, содан кейін мюон айналады, және мүмкін. Осылайша, күн өзегі құрылған бөлшектердің, Жер жолында мезгіл Мюонды нейтрино және керісінше айналдыруға болады. Дэвис детектор аргон хлор ядролық трансмутации әкелуі мүмкін ғана электрон-нейтрино, анықтау мүмкін болғандықтан, оны хабар-ошарсыз кеткен нейтрино басқа түрлері айналды, бұл мүмкін болып көрінді. (Ол нейтрино Күннің ішінде емес, Жер жолында ауытқуы екен).

канадалық эксперимент

Осы тексеру үшін жалғыз жолы нейтрино барлық үш түрлері үшін жұмыс істеді детектор құру болды. 90-шы жылдары Онтарио Королеваның университетінің Артур McDonald бастап, ол Sudbury, Онтарио шахтада жүзеге асырылады командасы бастаған. Орнату Канада Үкіметі несие көзделген, ауыр су тонна қамтиды. Ауыр су сирек болып табылады, бірақ бір протон бар сутегі Протон мен нейтрон қамтиды оның ауырлау изотоптарды дейтерий, ауыстырылады, онда су табиғи нысаны. Канада үкіметі Ол ядролық реакторларда хладоагент ретінде пайдаланылады, м. K. ауыр суды қордаланған. нейтрино Барлық үш түрі протондар және нейтрондар, нейтрон және содан кейін есептеледі қалыптастыру дейтерий жойып еді. Ең жақсы Sun модельдерді болжау дәл сомасы - детектор Дэвис салыстырғанда шамамен үш есе санын тіркелген. Бұл электронды-нейтрино оның басқа түрлері осциллируют болады деп болжайды.

жапон эксперимент

Шамамен сол уақытта, Токио университетінің Takaaki Kadzita басқа тамаша тәжірибе жүргізді. Жапонияда білігінің орнатылған детектор емес күн интерьердегі бастап, және атмосфераның жоғарғы түсетін нейтрино жазылған. атмосфераға бар ғарыштық сәулелерінің протонды соқтығысқан Мюонды нейтрино, соның ішінде басқа да бөлшектер, душ қалыптасады. Шахтада олар мюонов сутегі ядроларының түрлендіріледі. Детектор Kadzity бөлшектер екі бағытта келе көре алмады. басқалары төменнен жоғары қарай қозғалады, ал кейбіреулері, атмосфераның түсетін, жоғарыдан құлап. бөлшектердің саны, олардың әр түрлі табиғат туралы айтқан, әр түрлі болды - олар өз тербелмелі циклінің түрлі нүктелерінде болды.

Ғылымдағы төңкеріс

Ол барлық экзотикалық және таңқаларлық, бірақ осцилляции нейтрино және бұқаралық сонша назарын аудару неге? себебі қарапайым. дұрыс үдеткіші және басқа да эксперименттер барлық басқа бақылаулар сипаттайды ХХ ғасырдың соңғы елу жылда дамыған элементар бөлшектер физикасы стандартты моделі, жылы, нейтрино безмассовых еді. массасының нейтрино ашылуы нәрсе жоқ екенін көрсетеді. Стандартты моделі толық емес болып табылады. әлі табылған болуы элементтерін Missing - Үлкен адронды коллайдер немесе басқа көмегімен, әлі виртуалды машинасын құрылған жоқ.