Неутрино честички: дефиниција, својства, опис. неутрино осцилации - тоа ...

Неутрино - елементарна честичка која е многу слична на електрони, но тоа нема електричен полнеж. Таа има многу мала маса, што дури може да биде нула. Од масата на неутрино зависи од брзината. Разликата во времето на пристигнување и зрак на честички е 0,0006% (± 0,0012%). Во 2011 година, беше основана во текот на експериментот на опера што брзината надминува брзината на светлината неутрина, но независно од тоа искуство не го потврди.

Неостварлив честички

Ова е една од најчестите честички во вселената. Бидејќи тоа се поврзува со многу малку работа, тоа е неверојатно тешко да се открие. Електрони и неутрината не учествуваат во силната нуклеарна сила, но подеднакво учествуваат во слаба. Честички кои имаат такви својства се нарекуваат лептони. Во прилог на електрони (позитрон и античестичка), се нарекува обвинет лептони Muon на (200 електрони маса), тау (3500 електрони маса), и нивните античестичка. Тие се нарекуваат: електрони, Muon и тау неутрино. Секој од нив има antimaterial компонента, наречена antineutrino.

Muon и тау, како еден електрон, имаат придружните честички. Тоа Muon и тау неутрино. Три типа на честички различни едни од други. На пример, кога Muon неутрина комуницирате со цел, тие секогаш произведува muons и никогаш тау или електрони. Во реакцијата на честички, иако се креирани и уништени електроните и електрони неутрина, нивната сума останува непроменет. Овој факт доведува до поделба лептони во три вида, од кои секоја има обвинет лептони и придружните неутрино.

За откривање на честички бара многу голем и многу чувствителни детектори. Како по правило, со ниска енергетска неутрина ќе патуваат многу светлосни години на интеракција со материјата. Како резултат на тоа, сите земјата експерименти со нив се потпираат на мерењето на мал дел кој се поврзува со регистратори разумна големина. На пример, во една опсерваторија неутрино Sudbury, содржи 1.000 тони тешка вода поминува низ детектор за 1012 сончеви неутрина во секунда. И само 30 на ден се најде.

Историја на откривање

Волфганг Паули првиот претпоставува постоење на честички во 1930. Во тоа време, имаше проблем, затоа што се чинеше дека енергијата и аголниот момент не се чуваат во бета распаѓање. Но Паули посочи дека ако не се емитува неутрина интеракција неутрални честички, на законот за заштеда на енергија ќе бидат забележани. Италијански физичар Енрико Ферми во 1934 година разви теоријата на бета распаѓање, и ја даде името на честички.

И покрај сите предвидувања за 20 години, неутрина не може да се открие експериментално, поради неговата слаба интеракција со материјата. Бидејќи честички се електромотори обвинет, тие не дејствуваат електромагнетни сили и, според тоа, тие не предизвикуваат јонизација на супстанцијата. Покрај тоа, тие реагираат со содржината само преку слабите интеракции мала сила. Затоа, тие се повеќето продорен субатомски честички способни за донесување низ голем број на атоми, без да предизвика било каква реакција. Само 1-10000000000 на овие честички кои патуваат преку ткаенина од далечина еднаков на дијаметарот на Земјата, реагира со протони и неутрони.

Конечно, во 1956 година, група американски физичари, предводена од страна на Фредерик Reines објави откривањето на електрони antineutrino. Во експериментите со тоа antineutrinos зрачење нуклеарен реактор, реакција со протони, неутрони и формирање на позитрони. Единствен (и ретки) енергија потписи на вториот нуспроизводи беше доказ за постоењето на честички.

Отворање обвинет лептони muons е почетна точка за следните идентификација на неутрина Вториот вид - Muon. Нивната идентификација беше спроведена во 1962 година, врз основа на резултатите од експериментот во акцелератор на честички. Високо-енергетски неутрино muons распаѓање формирана од страна на пи-мезони и во режија на детектор, така што тоа беше можно да се испита нивната реакција со супстанцијата. И покрај фактот дека тие се нереактивни, како и други видови на честички, беше откриено дека во ретки случаи кога тие реагираат со протони и неутрони, muons, неутрина muons, но никогаш не електрони. Во 1998 година, американски физичар Леон Lederman, Мелвин Шварц и Dzhek Shteynberger беа наградени со Нобеловата награда за физика за идентификација на Muon-неутрина.

Во средината на 1970-тите, физика на неутрино доби уште еден вид на обвинет лептони - тау. Tau-неутрино и тау-antineutrinos се поврзани со овој трет обвинет Lepton. Во 2000 година, физичарите на Националната акцелераторска лабораторија. Енрико Ферми објави првиот експериментален доказ за постоењето на овој вид на честички.

тежина

Сите видови на неутрината имаат маса, што е многу помалку од оној на нивните партнери наплаќа. На пример, експерименти покажуваат дека масата на електронот-неутрино да биде помала од 0,002% од масата на електрони и збирот на масите на три сорти треба да биде помала од 0,48 eV. Мислата за многу години дека на масата на честичките е нула, иако немаше релевантни теоретски докази, тогаш тоа треба да биде на тој начин. Потоа, во 2002 година, опсерваторија Sudbury Neutrino е добиен првиот директен доказ дека електрони неутрино емитирана од нуклеарните реакции во јадрото на Сонцето, се додека тие поминуваат низ него, го промени својот вид. Таквите "осцилации" неутрино можно ако еден или повеќе од честички имаат мала маса. Нивните студии на интеракција на космичките зраци во атмосферата на Земјата, исто така, укажуваат на присуство на маса, но потребни се понатамошни експерименти за да го дефинираат попрецизно.

извори

Природни извори на неутрина - на радиоактивното распаѓање на елементите во рамките на земјата, што се емитува на голем проток на ниско-енергетски електрони antineutrino. Супернови се исто така поповолно неутрино феномен, бидејќи овие честички можат да навлезат само хипердензна материјал формирана во уривање ѕвезда; само мал дел од енергијата се претвора во светлина. Пресметките покажуваат дека околу 2% од сончевата енергија - енергија неутрина формирана во реакциите на термонуклеарна фузија. Многу е веројатно дека повеќето од темна материја во универзумот е составен од неутрина произведени за време на Големата експлозија.

проблеми физика

Области поврзани со Neutrino астрофизиката, и разновидна и брзо се развива. Тековни прашања кои привлекуваат голем број на експериментални и теоретски напори, како што следува:

• Кои се различните неутрино масите?
• Како тие влијаат космологија, Биг Бенг?
• осцилираат?
• Може еден вид на неутрино се претвора во уште како тие патуваат низ материјата и просторот?
• Неутрина се фундаментално различни од нивните античестички?
• Како ѕвездите пропадне за да се формира супернова?
• Која е улогата на неутрина во космологијата?

Еден од долгогодишните проблеми од посебен интерес е т.н. соларни неутрино проблем. Ова име се однесува на фактот дека во текот на неколку домашен експерименти спроведени во текот на изминатите 30 години, постојано набљудуваа честички помали отколку што е потребно за да се произведе енергија зрачеше од сонцето. Едно можно решение е осцилација, односно. Е. Трансформацијата на електрони неутрино да Muon или tau за време на патувањето на Земјата. Значи колку повеќе тешко да се измери ниско-енергетски Muon или тау неутрино, овој вид на трансформација ќе објасни зошто ние не ги гледаме на точниот износ на честички на Земјата.

Четврто Нобеловата награда

Нобеловата награда за физика во 2015 година беше доделена на Takaaki Kaji и Артур Мекдоналд за откривање на масата на неутрино. Ова беше четврта слични награда поврзани со експериментални мерења на овие честички. Некој може да бидат заинтересирани во прашањето за тоа зошто треба да се грижат толку многу за нешто што едвај комуницирате со обичната материја.

Фактот дека ние може да се открие овие краткотрајни честички, е доказ за човечката генијалност. Од правилата на квантната механика, веројатна, знаеме дека, и покрај фактот дека скоро сите од неутрина помине низ Земјата, некои од нив ќе комуницирате со неа. Детекторот е способен доволно голема големина е регистриран.

Првиот таков уред е изграден во шеесеттите години, длабоко во рудник во Јужна Дакота. Трупот беше пополнет 400 илјади. L чистење течност. Во просек еден неутрино честички дневно се поврзува со атом на хлор, конвертирање на тоа во аргон. Неверојатно, Рејмонд Дејвис, кој беше одговорен за детектор, измислиле метод за откривање на повеќе аргон атоми, а четири години подоцна, во 2002 година, за оваа неверојатна инженеринг подвиг тој бил награден со Нобелова награда.

нови астрономијата

Бидејќи неутрината комуницирате толку слабо, тие можат да патуваат голема далечина. Тие ни даваат увид во места кои инаку никогаш не би го виделе. Неутрина откриени Дејвис, која е формирана како резултат на нуклеарни реакции што се одржа во срцето на сонцето, и беа во можност да ја напушти оваа неверојатно густа и топла седиште само затоа што тие не се во интеракција со друга работа. Можете дури и може да се открие неутрина се емитираат од центарот на експлодира ѕвезда на растојание од повеќе од сто илјади светлосни години од Земјата.

Покрај тоа, овие честички се направи тоа е можно да се набљудуваат на универзумот во многу мал својата скала, многу помали од оние во кои може да се погледне во Large Hadron Collider во Женева, откриени на Хигсовиот бозон. Тоа е поради оваа причина дека Нобеловиот комитет одлучи да ја додели Нобеловата награда за откривање на неутрино од друг вид.

мистериозен недостаток

Кога Реј Дејвис забележан сончеви неутрина, тој се најде само една третина од очекуваното количество. Повеќето физичари веруваат дека причина за тоа е недоволното познавање на астрофизиката на Сонцето: можеби блескаше тлото модел прецени износот произведени во својата неутрино. Сепак, за многу години, и по соларни модели се подобрени, дефицитот остана. Физичарите се обрнува внимание на уште една можност: проблемот може да се поврзани со нашата перцепција на овие честички. Според теоријата, а потоа победи тие не се на тежина. Но, некои физичари тврдат дека всушност честички имаат бесконечно маса, и оваа маса беше причина за нивниот недостаток.

Три-Соочени честички

Според теоријата на неутрино осцилации, во природата, постојат три различни типови на нив. Ако честичка има маса, кои како што се движи тоа може да помине од еден вид во друг. Три вида - електрони, muons и тау - во интеракција со супстанцијата може да се конвертира во соодветните обвинет честички (електрони и Muon тау лептони). "Колебање" се должи на квантната механика. вид неутрино не е константна. Таа се менува со текот на времето. Неутрина, која започна своето постоење како e-mail, да се претвори во Muon, а потоа назад. Така, честичка, која е формирана во јадрото на Сонцето, на патот кон Земјата може периодично да се конвертира во Muon неутрина и обратно. Од Дејвис детектор може да се открие само електрон-неутрина, што може да доведе до нуклеарна трансмутацијата на хлор во аргон, се чинеше дека е можно дека недостасува неутрино да се претвори во други видови. (Излегува дека неутрината осцилираат во внатрешноста на Сонцето, а не на патот кон Земјата).

Канадскиот експеримент

Единствениот начин да се тестираат ова беше да се создаде детектор кој работел за сите три вида на неутрина. Почнувајќи од 90-тите години на Артур Мекдоналд од Универзитетот на кралицата во Онтарио, тој го предводеше тимот, што се врши во рудник во Sudbury, Онтарио. Инсталација содржи тони на тешка вода, обезбеди заем од Владата на Канада. Тешка вода е редок, но природно се случуваат форма на вода, назначена со тоа, водород кој содржи еден протон се заменува со потешки својата изотоп деутериум, кој содржи протон и неутрони. Канадската влада складирани тешка вода, m. К. Се користи како средство за ладење во нуклеарен реактор. Сите три вида на неутрина може да го уништи деутериум да формираат протоните и неутроните, неутроните, а потоа брои. Детектор регистрирани околу три пати повеќе од бројот во споредба со Дејвис - точно толку колку што најдобро предвиде модели Сонцето. Ова укажува дека електрон-неутрината можат да осцилираат во нејзините други видови.

Јапонски експеримент

Во исто време, Takaaki Kadzita од Универзитетот во Токио спроведе уште еден извонреден експеримент. А детектор монтирани во шахта во Јапонија снимен неутрината не доаѓаат од внатрешноста на сонцето, а од горната атмосфера. Во судири на протони на космичките зраци со атмосферата се формираат тушеви од други честички, вклучувајќи Muon неутрина. Во рудникот тие се претвораат во водородни јадра во muons. Детектор Kadzity можеше да се види честички доаѓаат во две насоки. Некои падна од погоре, кои доаѓаат од атмосферата, додека другите се движат од дното. Бројот на честички беше поинаква, кои зборуваа за нивните различни природата - тие беа на различни точки во својата осцилаторни циклус.

Револуција во науката

Тоа е сите егзотични и изненадувачки, но зошто неутрино осцилации и масата привлече толку многу внимание? Причината е едноставна. Во стандардниот модел на физиката на елементарните честички, развиен во текот на последните педесет години на дваесеттиот век, кој точно ги опишува сите други забелешки во акцелератори и други експерименти, неутрина требаше да биде без маса. Откривањето на неутрино маса покажува дека нешто недостасува. Стандардниот модел не е завршена. Недостасува елементи допрва треба да бидат откриени - со помош на Large Hadron Collider или на друг, но не го создаде виртуелна машина.