Neŭtrino partiklo: difino, posedaĵoj, priskribon. neŭtrino osciladoj - ĝi ...

Neŭtrino - elementa partiklo kiu estas tre simila al la elektrono, sed ĝi havas neniun elektran ŝargon. Ĝi havas tre malgrandan mason, kiu povas eĉ esti nulo. De la maso de la neŭtrino dependas de la rapido. La diferenco en la tempo de alveno kaj la partikla trabo estas 0,0006% (± 0,0012%). En 2011, estis establita dum la OPERA eksperimento ke la rapido superas la lumrapideco neŭtrinoj, sed sendependa de tiu sperto ne konfirmis.

La disdegna partiklo

Tio estas unu el la plej komunaj partikloj en la universo. Ekde ĝi interagas tre malmulte pri la materio, ĝi estas nekredeble malfacila de detekti. Elektronoj kaj neŭtrinoj ne partopreni la forta nuklea forto, sed egale partopreni la malforta. Partikloj havi tiajn proprietojn nomiĝas leptones. Krom elektrono (pozitrono kaj antipartícula), aludis la leptones ŝarĝitaj muón (200 elektrona maso), tau (3500 elektrona maso), kaj ilia antipartícula. Ili estas nomataj: elektrono, muón kaj tau neŭtrinoj. Ĉiu el ili havas antimaterial komponanto, nomata antineutrino.

Muon kaj taŭo, kiel elektrono, havas akompananta partikloj. Ĝi Muon kaj tau neŭtrinoj. Tri specoj de partikloj malsamaj unu de la aliaj. Ekzemple, kiam muón neŭtrinoj interagas kun la celo, ili ĉiam produktas muones kaj neniam tau aŭ elektronoj. En la reago de la partikloj, kvankam elektronoj kaj elektrona neŭtrino estas kreitaj kaj detruitaj, ilia sumo restas neŝanĝita. Ĉi tiu fakto kondukas al apartiga leptones en tri tipoj, ĉiu el kiuj posedas leptones ŝarĝitaj kaj akompananta neŭtrino.

Detekti tiu partiklo postulas tre grandaj kaj tre sentemaj detektiloj. Kutime, kun malalta energio neŭtrinoj vojaĝos dum multaj jaroj lumo al la interago kun la afero. Sekve, ĉiuj tero eksperimentoj kun ili fidi la mezuron de malgranda frakcio kiu interagas kun registradores racia grandeco. Ekzemple, en neŭtrino observatorio Sudbury, enhavantaj 1,000 tunoj da peza akvo trapasas la detektilo pri 1012 sunaj neŭtrinoj por dua. Kaj trovis nur 30 je tago.

Historio de malkovro

Wolfgang Pauli unua postuló la ekzisto de partikloj en 1930. Tiutempe, estis problemo, ĉar ŝajnis, ke la energio kaj momento angular ne stokas en la malintegriĝo beta. Sed Pauli indikis ke se ne estas elsendita neŭtrinoj interagante neŭtrala partiklo, la konservado de la energio leĝo estos observita. Itala fizikisto Enrico Fermi en 1934 evoluigis la teorion de malintegriĝo beta, kaj donis al ŝi la nomon de la partiklo.

Malgraŭ ĉiuj prognozoj por 20 jaroj, neŭtrinoj ne povas detekti experimentalmente pro lia malforta interago kun afero. Ĉar la partikloj estas elektre ŝargita, ili ne agas elektromagnetaj fortoj, kaj do ili ne kaŭzas ionización de la substanco. Aldone, ili reagas kun la substanco nur tra malfortaj interagoj eta forto. Sekve, ili estas la plej penetremaj subatoma partikloj kapablas pasi tra grandega nombro da atomoj, ne kaŭzante neniun reagon. Nur 1 ĝis 10 miliardoj de tiuj partikloj vojaĝas tra la ŝtofo de distanco egala al la diametro de la Tero, ĝi reagas kun protonoj aŭ neŭtronoj.

Fine, en 1956 grupo de usonaj fizikistoj, gvidata de Frederick Reĝas raportis la malkovro de la elektrona antineutrino. En eksperimentoj ĝi antineutrinos radiada nuklea reaktoro, reagante kun protono, formante neŭtronoj kaj positrones. Unika (kaj malofte) energio subskribojn de tiu lasta kromproduktoj estis pruvo de la ekzisto de la partiklo.

Malfermante leptones ŝarĝitaj muones estis la elirpunkto por postaj identigo de la dua tipo neŭtrinoj - muón. Ilia identigo efektivigis en 1962 surbaze de la rezultoj de la eksperimento en akcelilo de eroj. Alta energio muones dekadenco neŭtrinoj formita de pi-mesones kaj direktita al la detektilo por ke ĝi eblis ekzameni ilian reagon kun la substanco. Malgraŭ tio, ke ili estas ne-reakciaj, kaj ankaŭ aliaj specoj de partikloj, oni trovis, ke en la maloftaj kazoj kiam reagas kun protonoj aŭ neŭtronoj, muones, neŭtrinoj muones, sed neniam elektronoj. En 1998, usona fizikistoj Leon Lederman, Melvin Schwartz kaj Dzhek Shteynberger estis premiitaj la Nobel-premion en fiziko por la identigo de muón-neŭtrinoj.

Meze de 1970, la neŭtrino fiziko gajnis alispeca leptones ŝarĝitaj - tau. Tau-neŭtrino kaj tau-antineutrinos estis asociitaj kun tiu tria ŝargita lepton. En 2000, fizikistoj en la National Accelerator Laboratory. Enrico Fermi raportis la unuajn eksperimentajn provojn de la ekzisto de ĉi tiu tipo de eroj.

pezo

Ĉiuj specoj de neŭtrinoj havas mason, kiu estas multe malpli ol tiu de iliaj partneroj ŝargita. Ekzemple, eksperimentoj montras ke la maso de la elektrono-neŭtrino devas esti malpli ol 0,002% de la elektrona maso kaj la sumo de masoj de la tri varioj devus esti malpli ol 0.48 eV. La penso de multaj jaroj, ke la maso de la partiklo estas nulo, kvankam ne ekzistis konvinkaj teoriaj pruvoj, kial ĝi devus esti tiel. Tiam, en 2002, la Sudbury Neŭtrino Observatorio sukcesis la unuan rektan indicon ke elektrono neŭtrinoj elsenditaj de nukleaj reakcioj en la kerno de la suno, tiel longe kiel ili pasas tra ĝi, ŝanĝi lia tipo. Tia "osciladoj" neŭtrino ebla se unu aŭ pli el la partikloj havas malgrandan mason. Liaj studoj la interago de kosmaj radioj en la Tera atmosfero ankaŭ indiki la ĉeeston de maso, sed pluaj eksperimentoj estas necesaj por pli precize difini ĝin.

fontoj

Naturaj fontoj de neŭtrinoj - radioaktiva kadukiĝo de la elementoj ene de la tero, kiu estas elsendita ĉe granda fluo de malalta energio elektrono-antineutrino. Supernovas ankaŭ ventajosamente neŭtrino fenomeno, ĉar ĉi tiuj eroj povas nur penetri hyperdense materialo formis en kolapsas stelo; nur malgranda parto de la energio estas transformita al lumo. Kalkuloj montras ke ĉirkaŭ 2% de la suna energio - la energio neŭtrinoj formis en reagoj de termonuklea fandado. Verŝajne la plimulto de la malluma materio de la universo konsistas el la neŭtrinoj produktitaj dum la praeksplodo.

fiziko problemoj

Areoj rilataj al neŭtrino astrofiziko, kaj diversaj kaj rapide evoluanta. Nuna temoj kiuj altiras grandan nombron da eksperimentaj kaj teoriaj penoj, la jenaj:

• Kio estas la malsamaj neŭtrino masoj?
• Kiel ili influas kosmologio, la praeksplodo?
• ili oscili?
• Ĉu unu tipo de neŭtrino igas alian kiam ili vojaĝas tra materio kaj spaco?
• Ĉu neŭtrinoj fundamente malsamaj de siaj antipartículas?
• Kiel steloj disfali formi supernova?
• Kio estas la rolo de neŭtrinoj en cosmología?

Unu el la delongaj problemojn de aparta intereso estas la tiel nomata suna neŭtrino problemo. Tiu nomo rilatas al la fakto ke dum pluraj teraj eksperimentoj faritaj dum la pasintaj 30 jaroj, senĉese observis la partikloj pli malgranda ol necesa por produkti la energion irradiada por la suno. Unu ebla solvo estas la oscilado, te. E. La transformo de elektrono neŭtrinoj al Muon aŭ tau dum la vojaĝo al la Tero. Do kiom pli malfacile mezuri malalta energio muón aŭ tau neŭtrinoj, tian transformo klarigus kial ni ne vidas la dekstra kvanto de partikloj sur la Tero.

Kvara nobelpremion

Nobel-premio de Fiziko 2015 estis aljuĝita al Takaaki Kaji kaj Arthur MacDonald por la detección de la neŭtrino maso. Tio estis la kvara similan premion asociita kun eksperimentaj mezuroj de ĉi tiuj partikloj. Iu povas esti interesataj en la demando de kial nin tiom pri iu kiu apenaŭ interagas kun ordinara materio.

La fakto ke ni povas detekti ĉi tiuj efemeraj partikloj, estas testamento al homa inĝenieco. Ekde la reguloj de kvantuma mekaniko, probableca, ni scias ke, malgraŭ la fakto ke preskaŭ ĉiuj de neŭtrinoj trapasi la Teron, kelkaj el ili interagas kun ĝi. La detektilo kapablas sufiĉe granda grandeco estas registrita.

La unua tia aparato estis konstruita en la jaroj sesdek, profunda en mino en Sud-Dakoto. La ŝafto estis plenigita en 400 mil. L purigado fluida. Averaĝe unu partiklo neŭtrino ĉiutaga interagas kun atomo de kloro, konvertado en argono. Nekredeble, Raymond Davis, kiu estis respondeca de la detektilo, inventis metodon por la detección de pluraj argono atomoj, kaj kvar jardekojn poste, en 2002, por ĉi tiu mirinda inĝenierio heroaĵo estis galardonado kun la Nobel-premion.

nova astronomio

Ĉar neŭtrinoj interagas tiel malforte, ili povas vojaĝi grandajn distancojn. Ili donas al ni rigardeton en la lokoj kiuj alie ni tute ne vidis. Neŭtrinoj detektita Davis, formita al radiko de nukleaj reagoj kiu okazis en la koro de la suno, kaj povis forlasi tiun nekredeble densa kaj varma seĝo ĝuste ĉar ili ne interagas kun aliaj afero. Vi povas eĉ detekti neŭtrinojn elsendas de la centro de eksplodis stelo je distanco de pli ol cent mil lumjaroj de la Tero.

Krome, ĉi tiuj partikloj ebligas observi la universo en ĝia tre malgranda skalo, multe pli malgrandaj ol tiuj en kiuj povas rigardi en la Granda Koliziigilo de Hadronoj en Ĝenevo, malkovrita la Bosono de Higgs. Estas tial kiu la Nobel Komitato decidis premii la nobelpremion por la malkovro de la neŭtrino de alia tipo.

misterajn malabundeco

Kiam Ray Davis rimarkis sunaj neŭtrinoj, li trovis nur triono de la atendita kvanto. Plej fizikistoj kredas ke la kialo estas la malriĉa kono de la astrofiziko de la Suno: eble brilis subsuelo modelo sobreestimó la kvanto produktita en lia neŭtrino. Tamen, dum multaj jaroj, eĉ post kiam la sunaj modeloj plibonigis, la deficito restis. Fizikistoj pagis atenton al alia ebleco: la problemo povus esti rilataj al nia percepto de tiuj partikloj. Laŭ la teorio, tiam venkis ili ne havis la pezon. Sed kelkaj fizikistoj argumentis ke fakte la partikloj havas infinitezima maso, kaj ĉi maso estis la kialo por ilia manko.

Tri-Faced partiklo

Laŭ la teorio de neŭtrino osciladoj, en naturo, estas tri malsamaj specoj de ili. Se partiklo havas mason, ke ĝi moviĝas povas pasi de unu tipo al alia. Tri tipoj - elektronoj, muones kaj tau - en la interago kun la substanco povas esti konvertita al la responda ŝargita partiklo (elektrono kaj muón tau leptones). "Oscilado" estas pro kvantummekaniko. neŭtrino tipo ne estas konstanta. Ĝi ŝanĝas super tempo. Neŭtrinoj, kiu komencis lian ekziston kiel retmesaĝon, povas igi muón, kaj poste reen. Tiel, partiklo, formita en la kernon de la suno, sur la vojo al la Tero povas esti periode igita muón neŭtrinoj kaj inverse. Ekde Davis detektilo povus detekti nur elektrono-neŭtrinoj, kiu povus konduki al la nuklea transmutacio de kloro en argono, ŝajnis eble ke la mankanta neŭtrino turnis en aliajn tipojn. (Ĝi rezultas ke neŭtrinoj oscili interne de la Suno, kaj ne sur la vojo al la Tero).

La kanada eksperimento

La sola maniero testi ĉi estis krei detektilo kiu laboris por ĉiuj tri specoj de neŭtrinoj. Ekde la 90aj jaroj Arturo McDonald de Reĝina Universitato en Ontario, li gvidis la teamon, kiu estas efektivigita en mino en Sudbury, Ontario. Instalaĵo enhavas tunojn da peza akvo, kondiĉe prunton de la Registaro de Kanado. Pezaj akvo estas maloftaj, sed la nature okazantaj formo de akvo, kie la hidrogeno kiu enhavas unu protonon estas anstataŭita de lia peza izotopo deŭterio, kiu konsistas el protono kaj neŭtrono. Kanada registaro provizarigita peza akvo, m. K. Ĝi estas uzata kiel refrigerante en nuklea reaktoro. Ĉiuj tri specoj de neŭtrinoj povis detrui deŭterio formi protonoj kaj neŭtronoj, la neŭtronoj kaj tiam kalkulis. Detektilo registrita ĉirkaŭ tri fojojn la nombro kompare kun Davis - ekzakte la kvanto kiu plej antaŭdiris la Suno modeloj. Ĉi tio sugestas ke la elektrono-neŭtrinoj povas oscili en liaj aliaj tipoj.

japana eksperimento

Ĉirkaŭ la sama tempo, Takaaki Kadzita de la Universitato de Tokio kondukis alia konsiderinda eksperimento. Al detektilo muntita en la ŝafto en Japanio registrita neŭtrinoj venas ne de la interno de la suno kaj el la supra atmosfero. En protono kolizioj de kosmaj radioj kun la atmosfero formiĝas pluvoj de aliaj partikloj, inter muón neŭtrinoj. En la minejo ili konvertiĝis al hidrogeno nukleoj en muones. Detektilo Kadzity vidis partikloj eniranta du direktoj. Kelkaj falis de supre, de la atmosfero, dum aliaj moviĝas de la fundo. La nombro de partikloj estis malsama, kiu parolis pri siaj malsamaj naturo - ili estis ĉe malsamaj punktoj en lia _oscillatory_ ciklo.

Revolucio en Scienco

Ĉio ekzotika kaj mirinda, sed kial neŭtrino osciladoj kaj la maso altiri tiom da atenton? La kialo estas simpla. En la norma modelo de elementaj korpuskloj, disvolvita dum la lastaj kvindek jaroj de la dudeka jarcento, kiu ĝuste priskribas ĉiujn aliajn observojn en akceliloj kaj aliaj eksperimentoj, la neŭtrinoj estis esti sen maso. La malkovro de neŭtrino maso indikas ke io mankas. La norma modelo ne estas kompleta. Mankas elementoj ankoraŭ ne malkovris - kun helpo de la Granda Koliziigilo de Hadronoj aŭ la alia, ankoraŭ ne kreis virtuala maŝino.