Neutrino deeltjie: definisie, eienskappe, 'n beskrywing. neutrino ossillasies - dit ...

Neutrino - 'n elementêre deeltjie wat baie soortgelyk aan die elektron, maar dit het geen elektriese lading. Dit het 'n baie klein massa, wat selfs nul kan wees. Van die massa van die neutrino hang af van die spoed. Die verskil in tyd van aankoms en die deeltjie bundel is 0,0006% (± 0,0012%). In 2011, was dit gestig tydens die OPERA eksperiment wat die snelheid oorskry die spoed van lig neutrino, maar onafhanklik van hierdie ervaring het nie bevestig word nie.

Die ontwykende deeltjie

Dit is een van die mees algemene deeltjies in die heelal. Aangesien dit in wisselwerking baie min met materie, dit is ongelooflik moeilik om op te spoor. Elektrone en neutrino's nie deel te neem in die sterk kern krag, maar ewe neem in die swak. Deeltjies wat sulke eiendomme leptone genoem. In bykomend tot elektron (positron en antideeltjies), verwys na die gelaaide leptone muon (200 elektron massa), TLU (3500 elektron massa), en hul antideeltjies. Hulle word genoem: elektron, muon en TLU neutrino. Elkeen van hulle het antimaterial komponent, genoem 'n antineutrino.

Muon en TLU, soos 'n elektron, het meegaande deeltjies. Dit muon en TLU neutrino. Drie tipes deeltjies van mekaar verskil. Byvoorbeeld, wanneer muon neutrino interaksie met die teiken, wat hulle produseer altyd muons en nooit tau of elektrone. In die reaksie van die deeltjies, hoewel elektrone en elektronkonfigurasie neutrino geskep en vernietig, hulle som onveranderd. Hierdie feit lei tot 'n skeiding leptone in drie tipes, wat elkeen beskik oor 'n gelaaide leptone en gepaardgaande neutrino.

Op te spoor hierdie deeltjie vereis 'n baie groot en hoogs sensitiewe toerusting. As 'n reël, met 'n lae energie neutrino sal reis vir baie ligjare om die interaksie met materie. Gevolglik al grond eksperimente met hulle staatmaak op die meting van 'n klein fraksie wat in wisselwerking met agente redelike grootte. Byvoorbeeld, in 'n neutrino sterrewag Sudbury, met 1000 ton swaar water gaan deur die detector oor 1012 sonkrag neutrino per sekonde. En net 30 per dag gekry.

Geskiedenis van die ontdekking

Wolfgang Pauli eerste gepostuleer die bestaan van deeltjies in 1930. In daardie tyd, was daar 'n probleem, want dit blyk dat die energie en hoekmomentum nie in die betaverval gestoor. Maar Pauli het daarop gewys dat indien daar nie vrygestel neutrino interaksie neutrale deeltjie, die energie bewaring wet sal in ag geneem word. Italiaanse fisikus Enrico Fermi in 1934 ontwikkel die teorie van betaverval, en gee haar die naam van die deeltjie.

Ten spyte van al die voorspellings vir 20 jaar, neutrino's kan nie eksperimenteel waargeneem as gevolg van sy swak interaksie met materie. Omdat die deeltjies elektries gelaai is, het hulle nie optree elektromagnetiese kragte, en dus het hulle nie ionisasie van die stof veroorsaak. Daarbenewens, hulle reageer met die stof net deur swak interaksies effense krag. Daarom, hulle is die mees deurdringende subatomiese deeltjies in staat om deur 'n groot aantal atome sonder dat enige reaksie. Slegs 1-10000000000 van hierdie deeltjies op reis deur die stof deur 'n afstand gelyk aan die deursnee van die Aarde, reageer met protone of neutron.

Ten slotte, in 1956 'n groep van Amerikaanse fisici, onder leiding van Frederick Reines berig die ontdekking van die elektron antineutrino. In eksperimente dit antineutrinos uitgestraalde kernreaktor, reageer met 'n proton, die vorming van neutrone en positrone. Unieke (en skaars) energie handtekeninge van die laasgenoemde deur-produkte is 'n bewys van die bestaan van die deeltjie.

Opening aangekla leptone muons is die beginpunt vir die daaropvolgende identifisering van die tweede tipe neutrino - muon. Hul identifikasie is in 1962 op die basis van die resultate van die eksperiment in 'n partikelversneller gedra. Hoë-energie muons verval neutrino gevorm deur pi-mesone en gerig word aan die detector sodat dit moontlik was om hul reaksie met die stof te ondersoek. Ten spyte van die feit dat hulle nie-reaktiewe, sowel as ander vorme van deeltjies, is daar gevind dat in die uitsonderlike gevalle wanneer hulle reageer met protone of neutrone, muons, neutrino muons, maar nooit elektrone. In 1998, was Amerikaanse fisici Leon Lederman, Melvin Schwartz en Dzhek Shteynberger bekroon met die Nobelprys vir fisika vir die identifisering van muon-neutrino.

In die middel-1970's, 'n neutrino fisikus gekry 'n ander soort van gelaaide leptone - TLU. Tau-neutrino en TLU-antineutrinos is wat verband hou met hierdie derde aangekla lepton. In 2000, fisici by die Nasionale Versnellersentrum Laboratorium. Enrico Fermi berig die eerste eksperimentele bewyse van die bestaan van hierdie tipe van deeltjies.

gewig

Alle vorme van neutrino's het massa, wat is veel minder as dié van hul vennote aangekla. Byvoorbeeld, eksperimente toon dat die massa van die elektron-neutrino moet wees minder as 0,002% van die elektron massa en die som van die massas van die drie variëteite moet minder as 0,48 eV wees. Die gedagte vir baie jare dat die massa van die deeltjies is nul, alhoewel daar geen dwingende teoretiese bewyse hoekom dit so moet wees. Dan, in 2002, is die Sterrewag Sudbury Neutrino verkry die eerste direkte bewyse dat elektron neutrino deur kernreaksies wat uitgestraal word in die kern van die son, solank hulle daar deurgaan verander sy soort. Sulke "ossillasies" neutrino moontlik indien een of meer van die deeltjies het 'n klein massa. Hul studies die interaksie van kosmiese strale in die Aarde se atmosfeer dui ook die teenwoordigheid van massa, maar verdere eksperimente is nodig om meer akkuraat te definieer dit.

bronne

Natuurlike bronne van neutrino's - 'n radio-aktiewe verval van die elemente binne die aarde, wat uitgestraal word op 'n groot vloei van lae-energie elektron-antineutrino. Supernovas is ook voordelig neutrino verskynsel, aangesien hierdie deeltjies net hyperdense materiaal wat gevorm word in 'n ineenstortende ster kan deurdring; slegs 'n klein deel van die energie word omgeskakel na lig. Berekeninge toon dat sowat 2% van sonenergie - die energie neutrino gevorm in reaksie van thermo samesmelting. Dit is waarskynlik dat die meeste van die donker materie van die heelal bestaan uit die neutrino's wat tydens die Oerknal.

fisika probleme

Gebiede wat verband hou met astrofisika neutrino en diverse en vinnig veranderende. Huidige kwessies wat 'n groot aantal van eksperimentele en teoretiese pogings lok, die volgende:

• Wat is die verskillende neutrino massas?
• Hoe kan hulle beïnvloed kosmologie, die Oerknal?
• hulle ossilleer?
• Kan 'n tipe van neutrino draai in 'n ander as hulle reis deur saak en ruimte?
• Is neutrino fundamenteel verskil van hul antideeltjies?
• Hoe sterre val om 'n supernova te vorm?
• Wat is die rol van neutrino's in kosmologie?

Een van die jarelange probleme van besondere belang is die sogenaamde son neutrino probleem. Hierdie naam verwys na die feit dat tydens verskeie aardse eksperimente gedoen oor die afgelope 30 jaar, voortdurend waargeneem die deeltjies kleiner as wat nodig is om die energie uitgestraal deur die son produseer. Een moontlike oplossing is die ossillasie, dws. E. Die transformasie van elektron neutrino om muon of TLU tydens die reis na die Aarde. So hoeveel moeiliker om lae-energie muon of tau neutrino meet, sal hierdie soort van transformasie te verduidelik waarom ons nie die regte hoeveelheid deeltjies op aarde sien.

Vierde Nobelprys

Nobelprys vir Fisika 2015 is toegeken aan Takaaki Kaji en Arthur MacDonald vir die opsporing van die neutrino massa. Dit was die vierde soortgelyke toekenning wat verband hou met eksperimentele metings van hierdie deeltjies. Iemand dalk belangstel in die vraag van hoekom moet ons omgee so baie oor iets wat skaars interaksie met gewone saak wees.

Die feit dat ons hierdie kortstondige deeltjies kan opspoor, is 'n bewys van menslike vindingrykheid. Sedert die reëls van kwantummeganika, probabilistiese, ons weet dat, ten spyte van die feit dat byna almal van neutrino slaag deur die Aarde, sommige van hulle sal interaksie met dit. Die detector in staat is om groot genoeg grootte geregistreer is.

Die eerste sodanige toestel is gebou in die sestigerjare, diep in 'n myn in Suid-Dakota. Die skag is gevul in 400,000. L reiniging vloeistof. Gemiddeld een deeltjie neutrino daaglikse interaksie met 'n atoom van chloor, sit in argon. Ongelooflik, Raymond Davis, wat verantwoordelik is vir die detector was, uitgevind 'n metode vir die opsporing van verskeie argon atome, en vier dekades later, in 2002, vir hierdie wonderlike ingenieursprestasie hy is bekroon met die Nobelprys.

nuwe astronomie

Omdat neutrino interaksie so swak, kan hulle groot afstande aflê. Hulle gee ons 'n kykie in die plekke wat andersins sou ons nog nooit gesien het. Neutrino opgespoor Davis, gevorm as gevolg van kernreaksies wat in die hart van die son plaasgevind het, en was in staat om hierdie ongelooflik dig en warm stoel net omdat hulle nie in wisselwerking met ander saak te verlaat. Jy kan selfs op te spoor neutrino afkomstig van die sentrum van 'n ontplof ster op 'n afstand van meer as 'n honderd duisend ligjare van die Aarde af.

Verder is hierdie deeltjies maak dit moontlik om die heelal in sy baie klein skaal, veel kleiner as dié waarin kan kyk na die Large Hadron Collider in Genève waarneem, ontdek die Higgs boson. Dit is om hierdie rede dat die Nobel Komitee het besluit om die toekenning van die Nobelprys vir die ontdekking van die neutrino van 'n ander soort.

geheimsinnige tekort

Wanneer Ray Davis waargeneem son neutrino, het hy bevind dat slegs 'n derde van die verwagte hoeveelheid. Die meeste fisici van mening dat die rede hiervoor is die swak kennis van astrofisika van die Sun: miskien geskyn ondergrond model oorskat die wat in sy neutrino bedrag. Nietemin, vir baie jare, selfs nadat die son modelle verbeter, die tekort gebly. Fisici het aandag gegee aan 'n ander moontlikheid: die probleem kan verband hou met ons persepsie van hierdie deeltjies. Volgens die teorie, dan die oorhand gekry hulle het die gewig nie. Maar sommige fisici het aangevoer dat in die feit dat die deeltjies het 'n infinitesimale massa, en hierdie massa was die rede vir hul gebrek.

Drie-Faced deeltjie

Volgens die teorie van neutrino ossillasies, in die natuur, daar is drie verskillende tipes van hulle. As 'n deeltjie het 'n massa, wat as dit beweeg dit kan slaag van 'n tipe na 'n ander. Drie tipes - elektrone, muons en TLU - in die interaksie met die stof kan omgeskakel word na die ooreenstemmende gelaaide deeltjie (elektron en muon tau leptone). "Ossillasie" is te danke aan die kwantummeganika. neutrino tipe is nie konstant nie. Dit verander met verloop van tyd. Neutrino, wat sy bestaan as 'n e-pos begin, kan verander in 'n muon, en dan terug. Dus, kan 'n deeltjie, wat gevorm word in die kern van die son, op die pad na die Aarde van tyd tot tyd omskep word in muon neutrino en omgekeerd. Sedert Davis detector net elektron-neutrino, wat kan lei tot 'n kern transmutasie van chloor in argon kon opspoor, het dit gelyk moontlik dat die vermiste neutrino verander in ander vorme. (Dit blyk dat neutrino ossilleer in die son, en nie op die pad na die Aarde).

Die Kanadese eksperiment

Die enigste manier om dit te toets was om 'n detector wat gewerk het vir al drie tipes neutrino skep. Vanaf die 90s Arthur McDonald van Queen's Universiteit in Ontario, het hy die span, wat in 'n myn in Sudbury, Ontario gedra. Installasie bevat ton van swaar water, het 'n lening deur die Regering van Kanada. Swaar water is skaars, maar die natuurlike vorm van water, waarin die waterstof bevat een proton word vervang deur sy swaarder isotope deuterium, wat 'n proton en 'n neutron bestaan. Kanadese regering gestapel swaar water, m. K. Dit word gebruik as 'n koelmiddel in 'n kernreaktor. Al drie tipes neutrino kon deuterium vernietig om protone en neutrone, die neutrone en dan getel te vorm. Detector geregistreer sowat drie keer die getal in vergelyking met Davis - presies die bedrag wat die beste voorspel die Sun modelle. Dit dui daarop dat die elektron-neutrino kan ossilleer in sy ander tipes.

Japannese eksperiment

Omstreeks dieselfde tyd, Takaaki Kadzita van die Universiteit van Tokio gedoen nog 'n merkwaardige eksperiment. A detector gemonteer in die skag in Japan aangeteken neutrino nie kom uit die binnekant van die son, en uit die boonste atmosfeer. In proton botsings van kosmiese strale met die atmosfeer gevorm storte van ander deeltjies, insluitend muon neutrino. In die myn hulle word omgeskakel na waterstof kerne in muons. Detector Kadzity kon sien deeltjies kom in twee rigtings. Sommige het van bo af uit die atmosfeer, terwyl ander die beweging van die onderkant. Die aantal deeltjies was anders, wat gepraat het oor hul verskillende aard - hulle was op verskillende punte in sy ossillasie siklus.

Revolusie in Wetenskap

Dit gaan alles eksotiese en verbasend, maar hoekom neutrino ossillasies en die massa lok soveel aandag? Die rede hiervoor is eenvoudig. In die standaard model van elementêre deeltjies, wat ontwikkel is oor die afgelope vyftig jaar van die twintigste eeu, wat korrek beskryf al die ander waarnemings in versnellers en ander eksperimente, die neutrino's was massalose te wees. Die ontdekking van neutrino massa aandui dat iets ontbreek. Die Standaardmodel is nog nie voltooi nie. Ontbreek elemente nog om ontdek te word - met die hulp van die Large Hadron Collider of die ander, het nog nie geskep virtuele masjien.