Neutrino particle: განმარტება, თვისებები, აღწერა. neutrino რხევების - ეს ...

Neutrino - ელემენტარული ნაწილაკი, რომელიც ძალიან ჰგავს ელექტრონული, მაგრამ მას არ აქვს ელექტრო მუხტი. მას აქვს ძალიან მცირე მასა, რომელიც შეიძლება იყოს ნულოვანი. საწყისი მასა neutrino დამოკიდებულია სიჩქარე. განსხვავება დრო ჩამოსვლის და ნაწილაკების სხივი 0,0006% (± 0,0012%). 2011 წელს იგი დაარსდა დროს OPERA ექსპერიმენტი, რომ სიჩქარე აღემატება სინათლის სიჩქარით neutrinos, მაგრამ დამოუკიდებელი ეს გამოცდილება არ დადასტურდა.

მოუხელთებელი ნაწილაკის

ეს არის ერთ-ერთი ყველაზე გავრცელებული ნაწილაკების სამყაროს. მას შემდეგ, რაც ურთიერთქმედებს ძალიან ცოტა აქვს მნიშვნელობა, ეს არის ძალიან რთული შესამჩნევია. ელექტრონები და neutrinos არ მონაწილეობენ ძლიერი ბირთვული ძალა, მაგრამ თანაბრად მონაწილეობას სუსტია. ნაწილაკების მქონე ისეთი თვისებები, რომლებიც ე.წ. ლეპტონების. გარდა ამისა, ელექტრონული (პოზიტრონულ და ანტინაწილაკის), მოხსენიებული ბრალი ლეპტონების muon (200 electron მასა), tau (3500 electron მასობრივი), და მათი ანტინაწილაკის. ისინი მოუწოდა: electron, muon და tau neutrinos. თითოეულ მათგანს აქვს antimaterial კომპონენტი, რომელსაც ეწოდება antineutrino.

Muon და tau, როგორც ელექტრონული, აქვს თანმხლები ნაწილაკები. ეს Muon და tau neutrinos. სამი ტიპის ნაწილაკების განსხვავდება ერთმანეთისგან. მაგალითად, როდესაც muon neutrinos ურთიერთქმედება სამიზნე, მათ ყოველთვის აწარმოოს muons და არასდროს tau და ელექტრონი. რეაქცია ნაწილაკების, მიუხედავად იმისა, რომ ელექტრონები და ელექტრონული neutrinos იქმნება და განადგურდა, მათი ჯამი უცვლელი რჩება. ეს ფაქტი იწვევს გამიჯვნა ლეპტონების სამი სახის, რომელთაგან თითოეული აქვს ბრალი ლეპტონების და თანმხლები neutrino.

აღმოაჩინოს ამ ნაწილაკების საჭირო ძალიან დიდი და ძალიან მგრძნობიარე დეტექტორები. როგორც წესი, დაბალი ენერგიის ნეიტრინოები გაემგზავრება მრავალი სინათლის წლის ურთიერთქმედება საკითხზე. შესაბამისად, ყველა ადგილზე ექსპერიმენტი იმედი გაზომვა მცირე ნაწილი, რომ ურთიერთქმედებს რეგისტრატორი გონივრული ზომა. მაგალითად, ამ Neutrino ობსერვატორია Sudbury, შემცველი 1,000 ტონა მძიმე წყალი გადის აღენიშნება დაახლოებით 1012 მზის neutrinos წამში. და მხოლოდ 30 დღეში.

ისტორია აღმოჩენის

Wolfgang Pauli პირველი მოისმენთ არსებობა ნაწილაკების 1930 წელს ამავე დროს, არ იყო პრობლემა, იმიტომ, რომ როგორც ჩანს, რომ ენერგეტიკისა და იმპულსის მომენტი არ ინახება ბეტა decay. მაგრამ Pauli აღნიშნა, რომ თუ არ არის ემიტირებული neutrinos ინტერაქციაში ნეიტრალური ნაწილაკების, ენერგოდაზოგვის კანონის იქნება დაცული. იტალიელი ფიზიკოსი Enrico Fermi 1934 განვითარებული თეორია beta decay, და მისცა მას სახელი ნაწილაკების.

მიუხედავად იმისა, რომ ყველა პროგნოზები 20 წლის განმავლობაში, neutrinos არ შეიძლება აღმოჩენილი ექსპერიმენტულად გამო სუსტი ურთიერთქმედების საკითხზე. იმის გამო, რომ ნაწილაკების ელექტრონულად ბრალი, ისინი არ მოქმედებენ ელექტრომაგნიტური ძალები, და, შესაბამისად, ისინი არ გამოიწვიოს იონიზაციის ნივთიერება. გარდა ამისა, ისინი რეაგირებენ ნივთიერება მხოლოდ სუსტი ურთიერთქმედების მცირე ძალა. აქედან გამომდინარე, ისინი ყველაზე გადასვლას subatomic ნაწილაკების შეუძლია გავლით დიდი რაოდენობით ატომების გარეშე გამომწვევი ნებისმიერი რეაქცია. მხოლოდ 1-დან 10 მილიარდ ამ ნაწილაკების მოგზაურობა მეშვეობით ქსოვილის მიერ მანძილის ტოლია დიამეტრი დედამიწის, რეაგირებს პროტონებისა და ნეიტრონების.

და ბოლოს, 1956 წელს, ჯგუფის ამერიკელი ფიზიკოსები, რომელსაც ფრედერიკ Reines ინფორმაციით აღმოჩენის ელექტრონული antineutrino. ექსპერიმენტი ის antineutrinos გამოსხივებული ბირთვული რეაქტორი, რეაგირებს პროტონული შექმნისათვის ნეიტრონების და positrons. უნიკალური (და იშვიათი) ენერგეტიკული ხელმოწერა ამ უკანასკნელის მიერ პროდუქციის მტკიცებულება არსებობა ნაწილაკების.

გახსნის ბრალი ლეპტონების muons იყო ამოსავალი წერტილი შემდგომი იდენტიფიკაცია მეორე ტიპის neutrinos - muon. მათი იდენტიფიკაცია ჩატარდა 1962 წლის შედეგების საფუძველზე ექსპერიმენტი ნაწილაკების ამაჩქარებელი. მაღალი ენერგეტიკული muons decay neutrinos ჩამოყალიბდა pi-mesons და რეჟისორი აღენიშნება ისე, რომ შესაძლებელი იყო, რომ შეამოწმოს მათი რეაქცია ნივთიერება. მიუხედავად იმისა, რომ ისინი არასამთავრობო რეაქტიული, ისევე როგორც სხვა სახის ნაწილაკები, აღმოჩნდა, რომ იშვიათ შემთხვევებში, როდესაც ისინი რეაგირებას პროტონებთან და ნეიტრონების, muons, neutrinos muons, მაგრამ არასოდეს ელექტრონები. 1998 წელს, ამერიკის ფიზიკოსები Leon Lederman, Melvin შვარცი და dzhek Shteynberger დაჯილდოვდნენ ნობელის პრემია ფიზიკის იდენტიფიკაციის muon-neutrinos.

შუა 1970, neutrino ფიზიკის მოიპოვა სხვა სახის ბრალი ლეპტონების - tau. Tau-neutrino და tau-antineutrinos იყო დაკავშირებული ამ მესამე ბრალი lepton. In 2000, ფიზიკოსები National Accelerator Laboratory. Enrico Fermi ცნობით პირველი ექსპერიმენტული მტკიცებულება არსებობა ამ ტიპის ნაწილაკების.

წონა

ყველა სახის neutrinos აქვს მასა, რომელიც ბევრად ნაკლებია, ვიდრე მათი პარტნიორები ბრალი. მაგალითად, ექსპერიმენტი აჩვენებს, რომ ელექტრონის მასას-neutrino უნდა იყოს ნაკლები 0.002% ელექტრონის მასა და თანხა მასები სამი სახეობის უნდა იყოს ნაკლები 0.48 eV. აზრის მრავალი წლის განმავლობაში, რომ მასობრივი ნაწილაკების არის ნულოვანი, თუმცა არ იყო მყარი თეორიული მტკიცებულება, თუ რატომ არ უნდა იყოს, რომ გზა. ამის შემდეგ, 2002 წელს, Sudbury Neutrino ობსერვატორია იყო მიღებული პირველი პირდაპირი მტკიცებულება, რომ ელექტრონული neutrinos ემიტირებული მიერ ბირთვული რეაქცია ძირითადი მზე, რადგან ისინი გაიაროს, შეცვალოს მისი ტიპის. ასეთი "რხევების" neutrino შესაძლებელი, თუ ერთი ან მეტი ნაწილაკების აქვს მცირე მასა. სწავლა ურთიერთქმედების კოსმოსური სხივების დედამიწის ატმოსფეროს ასევე მიუთითოს ყოფნა მასა, მაგრამ შემდგომი ექსპერიმენტი საჭიროა უფრო ზუსტად განსაზღვრავს მას.

წყაროები

ბუნებრივი წყაროების neutrinos - რადიოაქტიური decay ელემენტების ფარგლებში დედამიწაზე, რომელიც ემიტირებული დიდი ნაკადის დაბალი ენერგეტიკული electron-antineutrino. ზეახალი ასევე უპირატესად Neutrino მოვლენაა, მას შემდეგ, რაც ამ ნაწილაკების შეიძლება მხოლოდ შეაღწიონ hyperdense მასალა ჩამოყალიბდა იშლება ვარსკვლავი; მხოლოდ მცირე ნაწილი ენერგია გარდაიქმნება ნათელი. გამოთვლებმა აჩვენა, რომ დაახლოებით 2% მზის ენერგიის - ენერგეტიკის neutrinos ჩამოყალიბდა რეაქცია თერმობირთვული სინთეზი. სავარაუდოა, რომ ყველაზე ბნელი მატერია სამყაროს შედგება neutrinos წარმოებული დროს Big Bang.

ფიზიკის პრობლემები

დაკავშირებულ სფეროებში Neutrino ასტროფიზიკა, მრავალფეროვანი და სწრაფად ვითარდება. აქტუალური საკითხები, რომ მოვიზიდოთ დიდი რაოდენობით თეორიული და ექსპერიმენტული ძალისხმევა, შემდეგი:

• რა არის სხვადასხვა neutrino მასები?
• როგორ ისინი იმოქმედებს კოსმოლოგია, დიდ აფეთქებამდე?
• ისინი მოძრაობს?
• შეგიძლიათ ერთი ტიპის neutrino იქცევა სხვა, რადგან ისინი მოგზაურობა საკითხზე და სივრცეში?
• ხართ neutrinos ძირეულად განსხვავდება მათი antiparticles?
• როგორ ვარსკვლავი დაიშალოს შექმნან supernova?
• რა როლი neutrinos კოსმოლოგიის?

ერთ-ერთი ხანგრძლივი პრობლემები განსაკუთრებული ინტერესი ე.წ. მზის neutrino პრობლემა. ეს სახელი ეხება იმ ფაქტს, რომ რამდენიმე ხმელეთის ექსპერიმენტი ჩაატარა გასული 30 წლის განმავლობაში, მუდმივად აკვირდებოდა ნაწილაკების, ვიდრე საჭირო ენერგია გამოსხივებული მზე. ერთი შესაძლო გამოსავალი რხევის, ანუ. E. ტრანსფორმაციის electron neutrinos to Muon ან tau დროს მოგზაურობა დედამიწაზე. ასე რომ, როგორ ბევრად უფრო რთული გავზომოთ დაბალი ენერგეტიკული muon ან tau neutrinos, ასეთი სახის ტრანსფორმაცია ახსნას, თუ რატომ არ ვხედავ უფლება თანხა ნაწილაკების დედამიწაზე.

მეოთხე ნობელის პრემიის

ნობელის პრემიის ლაურეატები ფიზიკა 2015 მიენიჭა Takaaki Kaji და არტურ მაკდონალდი for გამოვლენის neutrino მასა. ეს იყო მეოთხე მსგავსი ჯილდო უკავშირდება ექსპერიმენტული ღონისძიებების ამ ნაწილაკების. ვინმე შეიძლება იყოს დაინტერესებული კითხვაზე, თუ რატომ უნდა იზრუნოს იმდენად, რომ რაღაც ძლივს ურთიერთქმედებენ ჩვეულებრივი საქმეა.

ის ფაქტი, რომ ჩვენ შეუძლია აღმოაჩინოს ეს ეფემერული ნაწილაკები, არის აღთქმის ადამიანის ingenuity. მას შემდეგ, რაც წესების კვანტური მექანიკის, ალბათური, ჩვენ ვიცით, რომ, მიუხედავად იმისა, რომ თითქმის ყველა neutrinos გადის დედამიწაზე, ზოგიერთი მათგანი ურთიერთქმედება იგი. დეტექტორი შეუძლია საკმაოდ დიდი ზომის არ არის რეგისტრირებული.

პირველი ასეთი მოწყობილობა აშენდა სამოციანელებმა, ღრმა მაღაროში South Dakota. ვალე შეივსო 400 ათასი. L დასუფთავება სითხე. საშუალოდ ერთ ნაწილაკების neutrino ყოველდღიური ურთიერთობა, რომელზეც atom ქლორი, გარდაქმნის არგონი. წარმოუდგენლად, Raymond დევისი, რომელიც პასუხისმგებელი იყო დეტექტორი, გამოიგონა მეთოდი გამოვლენის მრავალი არგონი ატომები, და ოთხი წლის შემდეგ, 2002 წელს, ამ საოცარი საინჟინრო feat მას მიენიჭა ნობელის პრემია.

ახალი ასტრონომიის

იმის გამო, რომ neutrinos ურთიერთქმედება იმდენად სუსტად, მათ შეუძლიათ გამგზავრება დიდი დისტანციებზე. ისინი გვაძლევენ glimpse შევიდა ადგილებში, რომ წინააღმდეგ შემთხვევაში, ჩვენ არასოდეს არ უნახავს. ნეიტრინოები აღმოჩენილი Davis, ჩამოყალიბდა შედეგად ბირთვული რეაქცია, რომელიც მოხდა გულში მზე და დატოვება შეძლო ამ წარმოუდგენლად მკვრივი და ცხელი ადგილს მხოლოდ იმიტომ, რომ ისინი არ ურთიერთქმედება სხვა საკითხია. თქვენ კი აღმოაჩინოს neutrinos საგულისხმოა ცენტრში აფეთქდა ვარსკვლავი მანძილი უფრო მეტია, ვიდრე ასი ათასი სინათლის წლის წინათ დედამიწაზე.

გარდა ამისა, ამ ნაწილაკების, რათა შესაძლებელი, რომ დაიცვან სამყარო თავის ძალიან მცირე, გაცილებით ნაკლებია იმ რომელშიც შეიძლება შესასწავლად Large Hadron Collider ჟენევაში, აღმოაჩინეს ჰიგსის ბოზონი. ეს არის ამ მიზეზის გამო, რომ ნობელის კომიტეტმა გადაწყვიტა, რომ მიანიჭოს ნობელის პრემია აღმოჩენის neutrino სხვა ტიპის.

საიდუმლო დეფიციტი

როდესაც Ray Davis დაფიქსირდა მზის neutrinos, მან მხოლოდ მესამედი ელოდებიან რაოდენობა. ყველაზე ფიზიკოსები მჯერა, რომ ამის მიზეზი ის არის, რომ ცუდი ცოდნა ასტროფიზიკა მზე: ალბათ ანათებს წიაღისეულის მოდელი გადაჭარბებული ოდენობით წარმოებული მისი neutrino. მიუხედავად ამისა, მრავალი წლის განმავლობაში, მას შემდეგ, რაც მზის მოდელები გაუმჯობესდა, დეფიციტი დარჩა. ფიზიკოსები არ გაამახვილეს ყურადღება კიდევ ერთი შესაძლებლობა: პრობლემა შეიძლება დაკავშირებული ჩვენი აღქმა ამ ნაწილაკების. თეორიის მიხედვით, მაშინ გაიმარჯვა, რომ არ აქვს წონა. თუმცა, ზოგიერთი ფიზიკოსები არ ამტკიცებდა, რომ, ფაქტობრივად, ნაწილაკების უსასრულოდ მასა, და ეს მასა იყო მიზეზი მათი ნაკლებობა.

სამი Faced ნაწილაკების

მისი თქმით, თეორია neutrino რხევების, ბუნებაში, არსებობს სამი სხვადასხვა ტიპის მათ. თუ ნაწილაკის მასა, რომელიც, როგორც ის მოძრაობს, მას შეუძლია გაიაროს ერთი ტიპის სხვა. სამი სახის - ელექტრონები, muons და tau - ურთიერთქმედება ნივთიერება შეიძლება მოაქცია შესაბამისი ბრალი ნაწილაკების (ელექტრონების და muon tau ლეპტონების). "ვიბრატორი" იმის გამო, რომ კვანტური მექანიკის. neutrino ტიპის არ არის მუდმივი. იცვლება დროთა განმავლობაში. ნეიტრინოები, რომელიც დაიწყო არსებობა, როგორც ელექტრონული ფოსტით, შეიძლება იქცეს muon და შემდეგ უკან. ამდენად, ნაწილაკების, ჩამოყალიბდა ძირითადი მზე, გზაზე დედამიწის შეიძლება პერიოდულად გარდაიქმნება muon neutrinos და პირიქით. მას შემდეგ, რაც Davis დეტექტორი შეიძლება აღმოაჩინოს მხოლოდ ელექტრონულ-neutrinos, რომელიც შეიძლება გამოიწვიოს ბირთვული transmutation ქლორის არგონი, როგორც ჩანს, შესაძლებელია, რომ დაკარგული neutrino გადაიქცა სხვა სახის. (გამოდის, რომ neutrinos მოძრაობს შიგნით Sun, და არა ისე, რომ დედამიწის).

კანადის ექსპერიმენტი

ერთადერთი გზა, რომ შეამოწმოთ ეს იყო, რომ შეიქმნას დეტექტორი, რომელიც მუშაობდა სამივე სახის neutrinos. დასაწყისი დან 90 Arthur McDonald დედოფლის უნივერსიტეტის Ontario, მან გუნდი, რომელიც ხორციელდება ნაღმზე Sudbury, Ontario. მონტაჟი შეიცავს ტონა მძიმე წყალი, სესხის, კანადის მთავრობამ. მძიმე წყალი, იშვიათად, მაგრამ ბუნებრივ სახით წყალი, სადაც წყალბადის შემცველი ერთი პროტონული იცვლება მისი მძიმე იზოტოპი დეიტერიუმის, რომელიც შედგება პროტონული და ნეიტრონული. კანადის მთავრობა კასეტურ მძიმე წყალი, მ. კ იგი გამოიყენება, როგორც გამაგრილებლის ბირთვული რეაქტორი. სამივე სახის neutrinos შეიძლება გაანადგუროს დეიტერიუმის შექმნას პროტონები და ნეიტრონები, ნეიტრონებიც და შემდეგ დათვლილი. Detector რეგისტრირებულია დაახლოებით სამჯერ მეტი, ვიდრე Davis - ზუსტად თანხა, რომელიც საუკეთესო იწინასწარმეტყველა Sun მოდელები. ეს ნიშნავს, რომ ელექტრონული neutrinos შეგიძლიათ მოძრაობს მისი სხვა სახის.

იაპონური ექსპერიმენტი

დაახლოებით ამავე დროს, Takaaki Kadzita უნივერსიტეტის Tokyo ჩატარდა კიდევ ერთი შესანიშნავი ექსპერიმენტი. აღენიშნება დამონტაჟებულია shaft იაპონიაში ჩაწერილი neutrinos მოდის არა ინტერიერი მზე, და ზედა ატმოსფეროს. In პროტონული შეჯახებების კოსმოსური სხივების ატმოსფერო იქმნება საშხაპეები სხვა ნაწილაკების, მათ შორის muon neutrinos. ნაღმი ისინი მოაქცია წყალბადის ბირთვი muons. Detector Kadzity ვერ ვხედავ ნაწილაკების მომავალი ორი მიმართულებით. ზოგიერთი დაეცა ზემოდან, მოდის ატმოსფერო, ხოლო სხვები მიდიან ბოლოში. რაოდენობის ნაწილაკების იყო განსხვავებული, რომ საუბრობდნენ სხვადასხვა ხასიათის - ისინი სხვადასხვა რაოდენობა მისი oscillatory ციკლი.

რევოლუციის მეცნიერება

ეს ყველაფერი ეგზოტიკური და გასაკვირი, მაგრამ რატომ neutrino რხევების და მასობრივი მოზიდვა იმდენად ყურადღებას? მიზეზი მარტივია. სტანდარტული მოდელის ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკა, განვითარდა ბოლო ორმოცდაათი წლის განმავლობაში მეოცე საუკუნის, რომელიც სწორად აღწერს ყველა სხვა შენიშვნები ამაჩქარებლები და სხვა ექსპერიმენტი, neutrinos იყვნენ უმასო. აღმოჩენის neutrino მასობრივი მიუთითებს, რომ რაღაც აკლია. სტანდარტული მოდელი არ არის სრული. დაკარგული ელემენტების ჯერ კიდევ აღმოაჩინეს - დახმარებით დიდი ადრონული კოლაიდერის ან სხვა, ჯერ კიდევ არ არის ის ვირტუალური მანქანა.