Neytrino zarracha: ta'rifi, xususiyatlari, ta'rifi. neytrino salınımların - bu ...

Neytrino - elektronga juda o'xshaydi, lekin hech qanday elektr zaryad ega elementar zarracha. Hatto nol bo'lishi mumkin juda kichik massa, bor. neytrino massa boshlab tezligiga bog'liq. borar va zarracha nur vaqtida farq 0,0006% (± 0,0012%) hisoblanadi. 2011-yilda, u tezlik yorug'lik neytronlarni tezligini oshib opera eksperiment davomida tashkil etilgan, lekin bu tajriba mustaqil tasdiqlamadi.

qiyin zarracha

Bu koinotdagi eng keng tarqalgan zarralar biri hisoblanadi. Bu masalada juda oz ta'sir o'tkazish beri, u aniqlash nihoyatda qiyin. Elektronlar va neytronlarni kuchli yadro kuchga ishtirok, lekin bir xil zaif ishtirok emas. Bunday xususiyatlarga ega bo'lgan zarralar leptonlarning deyiladi. elektronlar (pozitron va qarshi zarralari) tashqari, zaryadlangan leptonlarning muon (200 elektron ommaviy), tog (3500 elektron ommaviy) va ularning qarshi zarralari ataladi. Ular deyiladi: elektron, muon va tog neytronlarni. Ularning har biri bir antineutrino chaqirib, antimaterial qismlariga ega.

Muon va tog bir elektronlar kabi, kuzatuvchi zarralar bor. Bu muon tog neytronlarni. bir-biridan farq zarrachalar Uch turlari. muon neytronlarni maqsad bilan o'zaro Misol uchun, ular har doim muons va hech qachon Tau yoki elektronlar ishlab chiqarish. elektronlar va elektron neytronlarni yaratilgan va vayron qilingan bo'lsa-da, zarrachalar reaktsiya yilda, ularning yig'indisi o'zgarishsiz qolmoqda. Bu fakt zaryadlangan leptonlarning va kuzatuvchi neutrino ega har biri uch turdagi, bir ajratish leptonlarning olib keladi.

Bu zarracha juda katta va juda sezgir detektorlar talab aniqlash uchun. kam energiya neytronlarni bilan, qoida sifatida, materiya bilan o'zaro uchun ko'p yorug'lik yil davomida sayohat qiladi. Binobarin, ular bilan barcha zamin tajribalar ro'yxatga o'rtacha hajmi bilan o'zaro hamkorlik qiladi kichik bir qismini o'lchash tayanib. Misol uchun, bir neytrino observatoriyasi Sudbury, og'ir suv 1000 tonna o'z ichiga olgan ikkinchi boshiga 1012 Quyosh neytronlarni haqida Amerika futboli, orqali o'tadi. Va faqat 30 kuniga topildi.

kashfiyot tarixi

Bu energiya va burchak momentum beta parchalanish saqlangan emas tuyulardi, chunki Volfgang Pauli birinchi, bir muammo bor edi, o'sha paytda 1930 yilda zarrachalar mavjudligini da'vo qiladi. Lekin Pauli neytral zarracha o'zaro Neytronlarni erda chiqadigan bo'lsa, bu ishora energiya saqlash qonun kuzatiladi bo'ladi. 1934 yilda Italiya fizik Enriko Fermi beta parchalanish nazariyasini rivojlantirdi va unga zarralari nomini berdi.

20 yil davomida barcha prognozlar qaramay, neytronlarni tufayli uning uchun eksperimental aniqlash mumkin emas zaif o'zaro masalani. zarralar elektrik zaryadlangan, chunki, ular shuning uchun, ular moddaning iyonlaşmalı sabab emas, elektromagnit kuchlarga harakat va qilmaydi. Bundan tashqari, ular faqat kuchsiz o'zaro ta'sirlar, engil kuch orqali moddalar bilan reaksiyaga. Shuning uchun, ular har qanday reaksiyaga sabab holda atomlar juda katta qator o'tib qodir eng chuqurroq qarshi borgan subatomic zarrachalar. Faqat 1 Yerning diametri teng masofaga matoni orqali sayohat, bu zarrachalar 10 milliard, protonlar yoki neytronlari bilan reaksiyaga.

Nihoyat, 1956 yilda Frederik Reines boshchiligidagi Amerika fiziklar bir guruh, xabar elektron antineutrino kashfiyot. tajribalarida bu neytron va pozitronlar hosil, bir proton bilan reaksiyaga olib, tarqatadigan yadroviy reaktorini yemirilishdan hosil. mahsulotlari ikkinchisi noyob (va nodir) energiya imzo zarrachaning mavjudligi isbotidir edi.

muon - keyingi ikkinchi turi neytronlarni aniqlash uchun boshlang'ich nuqtasi zaryadlangan leptonlarning muons edi Ochilish. Ularning identifikatsiya bir zarracha hızlandırıcısı bilan eksperiment natijalari asosida 1962 yilda amalga oshirildi. Yuqori energiyali muons parchalanish neytronlarni Piy-mezonun tomonidan tashkil va mazmun bilan reaktsiyasini o'rganish mumkin edi, shunday qilib, Amerika futboli, yo'naltirilgan. Ular non-reaktiv, shuningdek zarrachalar boshqa turlari qaramay, u kamdan-kam hollarda, ular proton yoki neytron, muons, neytronlarni muons bilan reaksiyaga qachon, deb topildi, lekin elektronlar hech qachon. 1998-yilda, Amerika fiziklar Leon Lederman, Melvin Shvarts va Dzhek Shteynberger muon-neytronlarni aniqlash uchun fizika bo'yicha Nobel mukofotiga sazovor bo'ldi.

tog - 1970-yillar o'rtalarida, neytrino fizika zaryadlangan leptonlarning boshqa turdagi bo'ldi. Tog-neytrino va tog-yemirilishdan hosil, bu uchinchi zaryadlangan Lepton bilan bog'liq edi. 2000 yilda Milliy Accelerator laboratoriyasida fiziklar. Enriko Fermi zarralar Ushbu turdagi tarixining ilk tajriba dalil qildi.

vazn

neytronlarni Barcha turdagi zaryadlangan ularning sheriklari ko'ra ancha kam massa bor. Misol uchun, tajribalar elektron-neytrino ommaviy elektron massasi va uch navlarini massalari yig'indisidan kam 0.002% 0.48 eV dan kam bo'lishi kerak bo'lishi kerak, deb ko'rsatadi. u shunday bo'lish kerak, hech qanday ishonarli nazariy dalillar bor bo'lsa-da, ko'p yillar davomida fikrlash, deb zarrachaning massasi, nol bo'ladi. So'ngra, 2002-yilda, Sudbury neytrinolar rasadxonasi elektron neytronlarni modomiki ular o'tib, uning turini o'zgartirish, quyosh yadrosida yadroviy reaktsiyalar chiqadigan birinchi to'g'ridan-to'g'ri dalil olindi. zarrachalar bir yoki bir necha kichik massaga ega, agar iloji bo'lsa, bunday "tebranishi" neytrino. Ularning tadqiqotlari Yer atmosferasida kosmik nurlar o'zaro hamkorligi, shuningdek, massasi mavjudligini ko'rsatadi, lekin keyingi tajribalar aniqroq uni aniqlash uchun zarur.

manbalar

neytronlarni Tabiiy manbalar - past-energiya elektron-antineutrino katta oqimi da chiqadigan erning ichidagi elementlar radioaktiv parchalanishi. O'ta yangi bu zarralar faqat siqilayotgan yulduz shakllangan hyperdense moddiy buni qabul qilishi mumkin, chunki, shuningdek va'damiz ustidan hodisa, qaytardi deyish bo'ladi; faqat energiya kichik bir qismi yorug'likka aylanadi. Hisob-kitoblar quyosh energiyasidan bu haqda 2% ko'rsatish - yilda tashkil topgan energiya Neytronlarni termoyadroviy reaksiyalar sintez. Bu koinotning qorong'u materiya eng Katta portlash vaqtida ishlab chiqarilgan neytronlarni tashkil etdi, deb ehtimol.

Fizika muammolari

Hududlar astrofizika qaytardi deyish bilan bog'liq, va turli va tez rivojlanayotgan. empirik va nazariy harakatlari, bir qator jalb dolzarb masalalari, quyidagi:

• turli neytrino massalar nima?
• Qanday qilib ular Katta portlash kozmoloji qanday ta'sir ko'rsatadi?
• Ular Tebranishlar?
• Ular masala va kosmosda sayr sifatida neytrino biri turi yana bir aylanadi?
• neytronlarni o'z qarshi zarracha dan tubdan farq qiladi?
• Qanday o'ta yangi shakllantirish siqila Yulduz?
• kozmoloji'de neytronlarni roli qanday?

Xususan qiziqtirgan uzoq muddatli muammolardan biri deb atalmish quyosh neytrino muammo. Bu nom oxirgi 30 yil ichida amalga oshirilgan bir necha yer usti tajribalar davomida doimo quyosh bilan chiqadigan energiya ishlab chiqarish uchun zarur bo'lgan nisbatan zarralar kichik kuzatilgan haqiqatiga mos keladi. Bir yechim, ya'ni tebranish hisoblanadi. E. elektron neytronlarni o'zgartirish Yerga safari davomida muon yoki Tau. Biz Yerdagi zarrachalar to'g'ri miqdorda ko'rmayapman nega kam energiya muon yoki tog Neytronlarni qancha ko'proq qiyin o'lchash uchun, o'zgartirish bunday bayon edi.

To'rtinchidan Nobel mukofoti

Fizika 2015 yilda Nobel mukofoti neytrino massasini aniqlash uchun takaaki Kaji va Artur MacDonald uchun taqdirlandi. Bu zarrachalar tajriba o'lchovlari bilan bog'liq to'rtinchi o'xshash mukofot bo'ldi. Kimdir biz zo'rg'a oddiy masala bilan o'zaro narsa haqida juda ko'p g'amxo'rlik kerak nima savol qiziqtiradi bo'lishi mumkin.

Biz bu vaqtinchalik zarralar aniqlash mumkin haqiqat, inson zakovati, bir tasdig'idir. Kvant mexanikasi, ehtimol qoidalariga buyon, biz deyarli barcha neytronlarni Yer o'tib qaramay, ularning ba'zi u bilan muloqotda bo'ladi, deb bilaman. Amerika futboli, yetarlicha katta hajmi ro'yxatdan qodir.

birinchi qurilma chuqur Janubiy Dakota bir konida, zaryadlarni qurilgan. milya 400 ming. L tozalash suyuqlik to'ldirilgan edi. o'rtacha bir zarracha neytrino kundalik Argo uni aylantirish, xlor bir atomi bilan o'zaro hamkorlik qiladi. Ajablanarlisi, Amerika futboli uchun mas'ul edi Raymond Devis, bir necha argon atomlari aniqlash uchun bir usul ixtiro va to'rt yil o'tib, 2002 yilda, bu ajoyib muhandislik feat uchun u Nobel mukofotiga sazovor bo'ldi.

yangi astronomiya

neytronlarni shunday zaif muloqotda Chunki, ular katta masofani bosib mumkin. Ular bizga aks holda biz ko'rgan hech qachon joylarda bir ko'z ber. Neytronlarni quyosh qalbida bo'lib o'tdi yadroviy reaktsiyalar natijasida hosil Deyvis aniqlangan va ular boshqa masala bilan o'zaro emas faqat, chunki, bu nihoyatda zich va issiq joyini tark ega edi. Siz ham Yerdan yuzdan ortiq ming yorug'lik yili masofada tarqalgan Yulduzning markazidagi chiqadigan Neytronlarni aniqlash mumkin.

Bundan tashqari, bu zarralar u iloji Jenevadagi Katta Adron Çarpıştırıcısı'nda ichiga qarash mumkin bo'lgan qaraganda ancha kichik, uning juda kichik masshtabda koinotni, rioya qilish, kashf Higgs bozoni. Bu Nobel qo'mitasi boshqa turdagi neytrino kashf uchun mukofot uchun Nobel mukofoti qaror Shuning uchun.

sirli yetishmovchiligi

Ray Devis quyosh Neytronlarni kuzatilgan bo'lsa, u kutilgan miqdori faqat uchdan bir qismini topdik. Eng fiziklar Buning sababi Quyoshning astrofizika kambag'al ilmi, deb ishonaman: ehtimol yer qa'ri model o'zining neytrino ishlab chiqarilgan miqdorda baholab yoritdi. Shunday bo'lsa-da, ko'p yillar davomida, quyosh modellari yaxshilandi keyin ham, kamomad qoldi. Fiziklar boshqa imkoniyati e'tibor qaratildi: muammo bu zarralarning bizning idrok bilan bog'liq bo'lishi mumkin. nazariyasiga ko'ra, so'ngra ular og'irligi yo'q edi ustun keldi. Lekin ba'zi fizik aslida zarralar, abadiy massaga ega, deb da'vo qildilar, va bu ommaviy ularning yo'qligi sabab bo'ldi.

Uch-angori zarracha

neytrino tebranishlar nazariyasi ko'ra, tabiatda, ulardan uch xil turi bor. Agar zarracha massasi ega bo'lsa, u aylanayotib, u bir xil o'tishi mumkin, deb. Uch turlari - elektronlar, muons tog - moddalar bilan o'zaro tegishli haq zarracha (elektron va muon tog leptonlarning) aylanadi mumkin. "Osilasyon" kvant mexanikasi tufayli. neytrino turi doimiy emas. Bu vaqt davomida o'zgartiradi. e-pochta, uning mavjudligini boshladi Neytronlarni, orqaga keyin bir muon aylanib, va mumkin. Shunday qilib, Yerga yo'lda, quyosh yadro hosil bo'lgan bir zarracha, vaqti-vaqti bilan muon neytronlarni va aksincha aylanadi mumkin. Devis yassi, argon bilan xlor yadro transformatsiyalar olib kelishi mumkin faqat elektron-Neytronlarni aniqlash mumkin ekan, u bedarak neytrino boshqa turdagi aylandi mumkin tuyulardi. (Bu neytronlarni Quyosh ichki emas, balki Yer uchun yo'lda Tebranishlar chiqadi).

Kanada tajriba

Bu sinash uchun yagona yo'l neytronlarni barcha uch turdagi ishlagan bir asbobi yaratish edi. Ontario malikasining universiteti 90 Artur McDonald boshlab, u Sudbury, Ontario bir konida amalga oshiriladi jamoasi, olib keldi. Yuklab olish Kanada hukumati tomonidan kredit taqdim, og'ir suv tonna o'z ichiga oladi. Og'ir suv kam, lekin bir proton o'z ichiga vodorod bir proton va neytron o'z ichiga oladi, uning og'irroq izotopi deyteriy, o'rniga bo'lib, suv tabiiy ravishda paydo shakli. Kanada hukumati, m og'ir suv g'amlab. K. Bu yadro reaktori bir soğutucu sifatida ishlatiladi. neytronlarni Barcha uch turdagi protonlar va neytronlar sanab keyin neytron va shakllantirish döteryum halok bo'lishi mumkin. Amerika futboli, Devis bilan solishtirganda taxminan uch marta sonini ro'yxatga - eng yaxshi Sun modellari bashorat aynan miqdorini. Bu elektron-neytronlarni uning boshqa turlari Tebranishlar mumkin, deb taklif qiladi.

Yaponiya tajriba

Shu bilan birga atrofida, Tokio universiteti takaaki Kadzita boshqa mashhur tajriba o'tkazildi. Yaponiyada tuynugida o'rnatilgan bir yassi, neytronlarni quyosh ichki emas kelayotgan, va yuqori atmosfera qayd. atmosfera bilan kosmik nurlar proton to'qnashuvi yilda muon neytronlarni jumladan boshqa zarralarning Do'stlari shakllanadi. koniga ular muons vodorod yadrosi aylanadi. Amerika futboli, Kadzity zarralar ikki yo'nalishda kelayotgan ko'rish mumkin. Boshqalar ostidan harakat Ba'zi, atmosferadan kelayotgan, yuqoridan tushib ketdi. zarrachalar soni, ularning turli tabiat haqida gapirdi, deb, turli edi - ular o'z tebranish tsikli turli qismlaridan edi.

Fan inqilob

Bu hamma ekzotik va ajablanarli, lekin nima uchun neytrino tebranishi va ommaviy juda ko'p e'tiborini jalb ekan? sababi oddiy. to'g'ri hızlandırıcıları va boshqa tajribalar boshqa barcha kuzatuvlarini bayon XX asr so'nggi ellik yil ichida ishlab elementar zarralar fizikasi standart modeli, In, neytronlarni massless bo'lishi kerak edi. neytrino massasi kashfiyot narsa kam ekanligini ko'rsatadi. Standart Model to'liq emas. hali kashf qilinishi uchun elementlarini to'liqsiz - Katta Adron Çarpıştırıcısı'nda yoki boshqa yordamida, hali virtual mashinani yaratdi.