Neitrīno daļiņu: definīcija, īpašības, aprakstu. neitrīno svārstības - tā ...

Neitrīno - elementārām daļiņu, kas ir ļoti līdzīgs elektronu, bet tas nav elektrisko lādiņu. Tā ir ļoti maza masa, kas var pat būt nulle. No masas neitrīno ir atkarīgs no ātruma. Ar pienākšanas laiku un ka daļiņu strūklas atšķirība ir 0,0006% (± 0,0012%). 2011. gadā tika konstatēts, OPERA eksperimentā, ka ātrums pārsniedz ātrumu gaismas neitrīno laikā, bet neatkarīgi no šīs pieredzes nav apstiprināta.

Nenotverams daļiņu

Šis ir viens no visbiežāk daļiņas Visumā. Tā kā tas mijiedarbojas ļoti maz ar jautājumu, tas ir neticami grūti atklāt. Elektroni un neitrīno nepiedalās spēcīgu kodolenerģētikas spēku, bet arī piedalīties vāja. Daļiņas, kurām piemīt īpašības, sauc leptonus. Papildus elektronu (pozitronu un antidaļiņa), kas minēts apgrūtinātā leptonus miona (200 elektronu masu), Tau (3500 elektronu masu), un to antidaļiņa. Tos sauc: elektronu, mionu un tau neitrīno. Katrs no tiem ir antimaterial sastāvdaļa, sauc par antineutrino.

Mionu un tau, kā elektronu, ir pievienotos daļiņas. Tā mionu un tau neitrīno. Trīs veidu daļiņām, kas atšķiras no otra. Piemēram, kad mionu neitrīno mijiedarbojas ar mērķi, tie vienmēr rada muons un nekad tau vai elektroniem. Reakcijā daļiņām, gan elektroni un elektronu neitrīno ir izveidoti un iznīcina, to summa nemainās. Šis fakts rada atdalīšanas leptonus trīs grupās, no kurām katra piemīt iekasē leptonus un pavadošo neitrīno.

Lai noteiktu šo daļiņu vajadzīgs ļoti liels un ļoti jutīgus detektorus. Kā likums, ar zemu enerģijas neitrīno dosies daudzus gaismas gadus uz mijiedarbību ar matēriju. Līdz ar to, visi zemes eksperimenti ar tiem balstās uz mērījumiem neliela daļa, kas mijiedarbojas ar reģistratūrām saprātīgu lielumu. Piemēram, kādā neitrīno observatoriju Sudbury, kas satur 1000 tonnas smagā ūdens iet cauri detektoram par 1012 saules neitrīno sekundē. Un atrada tikai 30 dienā.

Vēsture atklāšana

Wolfgang Pauli pirmais postulēja daļiņas 1930. Tajā laikā, tur bija problēma, jo šķita, ka enerģija un leņķiskā momenta netiek saglabāti beta mazināties. Bet Pauli norādīja, ka, ja netiek emitēts neitrīno mijiedarbojas neitrālu daļiņu, tad enerģijas saglabāšana likums tiks ievēroti. Itāļu fiziķis Enriko Fermi 1934.gadā izstrādāja teoriju beta samazinājuma, un deva viņai vārdu daļiņu.

Neskatoties uz visām prognozēm par 20 gadiem, neitrīno nevar noteikt eksperimentāli, jo tā vājās mijiedarbību ar matēriju. Tā kā daļiņas ir elektriski lādētu, viņi nerīkojas elektromagnētiskie spēki, un tāpēc tie neizraisa jonizāciju vielas. Bez tam, tie reaģē ar vielu tikai ar vājā mijiedarbība nelielu spēku. Tāpēc tie ir visvairāk PENETRATING Subatomisko daļiņas, kas spēj iet caur lielu skaitu atomu, neradot nekādu reakciju. Tikai 1 līdz 10 miljardiem šo daļiņu ceļo caur audumu ar attālumu, kas vienāds ar diametru no Zemes, reaģē ar protonu un neitronu.

Visbeidzot, 1956. grupa amerikāņu fiziķi, Frederick Reines vadīja ziņoja atklājums elektronu antineutrino. Eksperimentos tas antineutrinos izstarotā kodolreaktoru, reaģējot ar protonu, veidojot neitronus un positrons. Unikāli (un reti) enerģijas paraksti pēdējo blakusproduktu bija pierādījums par to, ka daļiņu.

Atklāšanas iekasē leptonus muons bija sākuma punkts turpmākai identifikācijai otrā tipa neitrīno - miona. Viņu identifikācija tika veikta 1962.gadā, pamatojoties uz eksperimenta tādā daļiņu paātrinātājs rezultātiem. Augstas enerģijas muons sabrukšanas neitrīno veidoti ar pī-mesons un novirzītas uz detektoram, lai tas bija iespējams pārbaudīt savu reakciju ar vielu. Neskatoties uz to, ka tie ir ķīmiski neaktīvus, kā arī citu veidu daļiņām, tika konstatēts, ka tajos retajos gadījumos, kad tie reaģē ar protonu un neitronu muons, neitrīno muons, bet nekad elektroniem. 1998. gadā amerikāņu fiziķi Leon Lederman, Melvin Schwartz un Dzhek Shteynberger tika piešķirta Nobela prēmija fizikā par identifikācijas mionu-neitrīno.

In mid-1970, neitrīno fizika ieguva cita veida iekasē leptonus - tau. Tau-neitrīno un tau-antineutrinos bija saistīts ar šo trešo uzlādētu leptonu. 2000. gadā fiziķi Nacionālajā Accelerator Laboratory. Enrico Fermi ziņoja pirmo eksperimentālo pierādījumu esamību šāda veida daļiņas.

svars

Visi neitrīno veidiem ir masa, kas ir daudz mazāk nekā viņu partneri iekasē. Piemēram, eksperimenti liecina, ka masa elektronu-neitrīno jābūt mazākam par 0,002% no elektronu masas un masu triju šķirņu summai jābūt mazākai par 0,48 eV. Par daudziem gadiem doma, ka masa daļiņu ir nulle, lai gan nebija pārliecinošu teorētisks pierādījumu, kāpēc tas būtu, ka veidā. Tad, 2002.gadā, Sudbury neitrīno observatorija ieguva pirmo tiešo pierādījumu, ka elektronu neitrīno emitēto kodolreakciju kodolā saules, tik ilgi, kamēr tie iet cauri, mainīt tās tipu. Šāda "svārstības" neitrīno iespējams, ja viens vai vairāki no daļiņām ir neliela masu. Viņu pētījumi mijiedarbība kosmisko staru Zemes atmosfērā, arī liecina klātbūtni masas, bet ir vajadzīgi papildu eksperimenti, lai precīzāk definētu to.

avoti

Dabas avoti neitrīno - radioaktīvo samazinājuma elementi ietvaros zemes, kas ir izstarotā pie liela plūsma zema enerģijas elektronu-antineutrino. Supernovas ir arī izdevīgi Neutrino parādība, jo šīs daļiņas var tikai iekļūt hyperdense materiālu izveidojušos sabrukšanas zvaigzni; tikai neliela daļa no enerģijas tiek pārvērsts par gaismas. Aprēķini liecina, ka aptuveni 2% no saules enerģijas - enerģijas neitrīno veidoti reakcijās kodoltermiskā kodolsintēze. Tas ir iespējams, ka lielākā daļa no tumšās matērijas un Visuma veido no neitrīno ražoti Lielā sprādziena laikā.

fizikas problēmas

Jomas, kas saistīti ar neitrīno astrofizikas un daudzveidīgi un strauji attīstās. Pašreizējās problēmas, kas piesaista lielu skaitu eksperimentālo un teorētisko centieniem, šādi:

• Kādi ir dažādi neitrīno masas?
• Kā tās ietekmē kosmoloģiju, Big Bang?
• tie oscilēt?
• Vai viens no neitrīno veids pārvēršas citā, kā viņi ceļo pa lietu un telpā?
• Vai neitrīno būtiski atšķiras no saviem antidaļiņa?
• Kā zvaigznes sakļaut, lai veidotu supernovu?
• Kāda nozīme ir neitrīno kosmoloģijas?

Viena no ilgstošajiem problēmām īpašu interesi ir tā saucamā saules neitrīno problēmu. Šis nosaukums atsaucas uz faktu, ka vairāki zemes eksperimentu pēdējo 30 gadu laikā laikā nepārtraukti novērota daļiņas mazākas, nekā nepieciešams, lai ražotu enerģiju izstaro Saule. Viens no iespējamiem risinājumiem ir svārstības, ti. E. elektronu neitrīno pārveide mionu vai tau braucienu uz Zemes laikā. Tik, cik daudz grūtāk izmērīt zemu enerģijas mionu vai tau neitrīno, šāda veida transformāciju varētu izskaidrot, kāpēc mēs neredzam pareizo daudzumu daļiņu uz Zemes.

Ceturtā Nobela prēmijas

Nobela prēmija fizikā 2015 tika piešķirta Takaaki Kaji un Arthur MacDonald atklāšanai par neitrīno masas. Tas bija ceturtais līdzīgs apbalvojums, kas saistīti ar eksperimentāliem mērījumiem šīm daļiņām. Kāds var būt interesē jautājums, kāpēc mums būtu jārūpējas tik daudz par kaut ko, kas tikko mijiedarbojas ar parasto jautājumu.

Fakts, ka mēs varam atklāt šīs īslaicīgās daļiņas, ir apliecinājums cilvēku izdomu. Tā kā noteikumi, kvantu mehānikas, varbūtības, mēs zinām, ka, neskatoties uz to, ka gandrīz visi no neitrīno iet caur Zemes, daži no tiem būs mijiedarboties ar to. Detektors spēj pietiekami liela izmēra ir reģistrēts.

Pirmā šāda ierīce tika uzcelta sešdesmitajos gados, dziļi raktuves South Dakota. Vārpsta tika aizpildītas 400 tūkst. L tīrīšanas šķidrumu. Vidēji viens daļiņu neitrīno dienas mijiedarbojas ar atoma hlora un pārvēršot to argonu. Neticami, Reimonds Deiviss, kurš bija atbildīgs par detektors, izgudroja metodi, lai noteiktu vairāku argona atomiem, un četrus gadu desmitus vēlāk, 2002. gadā, par šo apbrīnojamo inženierzinātņu feat viņam tika piešķirta Nobela prēmija.

jaunā astronomija

Jo neitrīno mijiedarbojas tik vāji, tie var pārvietoties lielos attālumos. Viņi dod mums ieskatu vietās, kas citādi mēs nekad nebūtu redzējis. Neitrīno atklāta Davis, veidojas kā rezultātā kodolreakciju, kas notika centrā saules, un varēja atstāt šo neticami blīvu un karstā vietu tikai tāpēc, ka tie nav mijiedarbojas ar citiem jautājumiem. Jūs pat varat noteikt neitrīno, kas izplūst no centra uz eksplodēja zvaigzne attālumā vairāk nekā simts tūkstošu gaismas gadu attālumā no Zemes.

Turklāt šīs daļiņas ļauj novērot Visumu tās ļoti mazā mērogā, ir daudz mazāks, nekā tiem, kas var ieskatīties Large Hadron Collider Ženēvā, atklāja Higsa bozonu. Tieši šī iemesla dēļ, ka Nobela komiteja nolēma piešķirt Nobela prēmiju atklāšanas neitrīno cita veida.

noslēpumaina trūkums

Kad Ray Davis novērot saules neitrīno, viņš atrada tikai trešo daļu paredzamo daudzumu. Vairums fiziķi uzskata, ka iemesls tam ir slikta zināšanas astrofizikas Saules: varbūt mirdzēja augsnes apakškārta modelis pārvērtēja ražots savā neitrīno summu. Tomēr daudzus gadus, pat pēc saules modeļi ir uzlabojusies, budžeta deficīts saglabājās. Fiziķi ir pievērsusi uzmanību citam iespēju: problēma varētu būt saistīta ar mūsu izpratni par šīm daļiņām. Saskaņā ar teoriju, tad pārsvarā viņi nav svaru. Bet daži fiziķi apgalvoja, ka patiesībā daļiņas ir bezgalīgi mazs masu, un šī masa bija iemesls to trūkumu.

Three-Faced daļiņu

Saskaņā ar teoriju neitrīno svārstības, dabā, ir trīs dažādi veidi, no tiem. Ja daļiņu masa ir, ka tas kustas tā var pāriet no viena veida uz otru. Trīs veidu - elektroniem, muons un tau - in mijiedarbību ar vielu var pārvērst attiecīgajā uzlādētu daļiņu (elektronu un mionu tau Leptons). "Svārstības" ir saistīts ar kvantu mehāniku. neitrīno veids nav konstants. Tā laika gaitā mainās. Neitrīno, kas uzsāka savu pastāvēšanu kā e-pastu, var pārvērsties miona, un pēc tam atpakaļ. Tādējādi, daļiņu, veidojas kodolā saules, ceļā uz Zemes var regulāri konvertē mionu neitrīno un otrādi. Tā Davis detektors varētu atklāt tikai elektronu neitrīno, kas varētu novest pie kodolieroču transmutāciju hlora argonu, šķita, iespējams, ka trūkst neitrīno pārvērtās citu veidu. (Izrādās, ka neitrīno svārstīties iekšpusē Sauli, nevis pa ceļam uz Zemes).

Kanādas eksperiments

Vienīgais veids, kā pārbaudīt tas bija radīt detektors, kas darbojās visu triju veidu neitrīno. Sākot no 90. Artūrs McDonald no Kvīnsas universitātē Ontario, viņš vadīja komandu, kas tiek veikta ar raktuves Sudbury, Ontario. Uzstādīšana ir tonnas smago ūdeni, ja aizdevumu, ko Kanādas valdība. Heavy ūdens ir reti, bet dabiskā forma no ūdens, kurā ūdeņraža, kas satur vienu protonu, aizstāj ar to smagāko izotopu deitēriju, kas satur protonu un neitronu. Kanādas valdība uzkrāta smago ūdeni, m. K. To izmanto kā dzesētāju kodolreaktorā. Visi trīs veidu neitrīno varētu iznīcināt deitēriju veidot protoniem un neitroniem, neitroni un pēc tam tiek skaitītas. Detector reģistrēts aptuveni trīs reizes vairāk, salīdzinot ar Davis - tieši summu, kas vislabāk prognozēto sauli modeļiem. Tas liecina, ka elektronu-neitrīno var svārstīties citos tās veidi.

japāņu eksperiments

Apmēram tajā pašā laikā, Takaaki Kadzita no Tokijas Universitātes veica vēl vienu ievērojamu eksperimentu. Detektors uzstādīts vārpstas Japānā reģistrēti neitrīno nāk nevis no iekšpuses saulē, un no atmosfēras augšējos slāņos. Jo protonu sadursmes kosmiskie stari ar atmosfērā veidojas dušas citu daļiņu, ieskaitot mionu neitrīno. In mine tie tiek pārvērsti par ūdeņraža kodolu muons. Detector Kadzity varēja redzēt daļiņas nāk divos virzienos. Daži krita no augšas, kas nāk no atmosfēras, bet citi ir virzās no apakšas. Daļiņu skaits bija atšķirīgs, kas runāja par savu atšķirīgo raksturu - tie dažādās vietās savā svārstīgā ciklā.

Revolūcija zinātnē

Tas viss ir eksotiski un pārsteidzoši, bet kāpēc neitrīno svārstības un masas piesaista tik lielu uzmanību? Iemesls ir vienkāršs. Standarta modeli elementārdaļiņu fizikā, izstrādāta pēdējos piecdesmit gados divdesmitajā gadsimtā, kas ir pareizi apraksta visus pārējos apsvērumus paātrinātāji un citu eksperimentu gaitā, neitrīno bija jābūt massless. Par neitrīno masas atklājums liecina, ka kaut kas pietrūkst. Standarta modelis nav pilnīgs. Trūkst elementi vēl ir atklāti - ar palīdzību Large Hadron Collider vai citu, vēl nav izveidojis virtuālo mašīnu.