Partícula neutrino: definición, propiedades, unha descrición. oscilacións de neutrinos - el ...

Neutrino - unha partícula elemental que é moi semellante ao electrón, pero non ten carga eléctrica. Ten unha masa moi pequena, que pode ata ser cero. A partir da masa do neutrino depende da velocidade. A diferenza en tempo de chegada eo feixe de partículas é 0,0006% (± 0,0012%). En 2011, foi establecido durante o experimento OPERA que a velocidade supera a velocidade de neutrinos luz, pero independente desta experiencia non confirmou.

A partícula elusiva

Esta é unha das partículas máis comúns no universo. Sempre que interactúa moi pouco coa materia, é moi difícil de detectar. Electróns e neutrinos non participar da forza nuclear forte, pero igualmente participar na feble. As partículas que teñen tales propiedades son chamados leptones. Ademais de electróns (de positrões e antiparticle), a que se refire o Muon cargada leptones (200 masa de electróns), tau (3500 masa de electróns), eo seu antipartícula. Son chamados de: electrón, Muon e neutrinos do TAU. Cada un deles ten compoñente antimaterial, chamado un antineutrino.

Muón e tau, como un electrón, ter partículas anexas. El Muon e tau neutrinos. Tres tipos de partículas diferentes un do outro. Por exemplo, cando neutrinos do Muon interactuar co obxectivo, eles sempre producen múons e nunca tau ou electróns. Na reacción das partículas, a pesar de electróns e neutrinos electróns son creadas e destruídas, a súa suma permanece inalterada. Este feito leva a unha separación leptones en tres tipos, cada un dos cales posúe unha leptones cargados e neutrino acompañante.

Para detectar este partícula necesario un moi grandes e moi sensibles detectores. Como regra xeral, con neutrinos de baixa enerxía vai viaxar por moitos anos luz á interacción coa materia. En consecuencia, todos os experimentos terrestres con eles dependen da medida de unha pequena fracción que interactúa con registradores tamaño razoable. Por exemplo, nun observatorio neutrino Sudbury, contendo 1.000 toneladas de auga pesada pasa a través do detector de aproximadamente 1012 neutrinos solares por segundo. E só o 30 por día atopados.

Historia do descubrimento

Wolfgang Pauli primeiro postulou a existencia de partículas en 1930. Naquela época, había un problema, porque parecía que a enerxía eo momento angular non son almacenados no decaemento beta. Pero Pauli salientou que, se non se emite neutrinos interactúan partícula neutra, a lei de conservación de enerxía será observado. físico italiano Enrico Fermi en 1934 desenvolveu a teoría do decaemento beta, e deulle o nome da partícula.

A pesar de todas as previsións a 20 anos, os neutrinos non poden ser detectados experimentalmente debido á súa débil interacción coa materia. Xa que as partículas son cargadas electricamente, non actúan forzas electromagnéticas, e, polo tanto, non provocan a ionización da substancia. Adicionalmente, eles reaccionan coa substancia só a través de interaccións febles lixeira forza. Por conseguinte, son as partículas subatómicas máis penetrantes capaces de pasar a través de un gran número de átomos sen causar calquera reacción. Só 1-10000000000 destas partículas viaxan a través do tecido dunha distancia igual ao diámetro da Terra, reacciona con protóns ou neutróns.

Finalmente, en 1956 un grupo de físicos estadounidenses, liderado por Frederick Reines informou a descuberta do antineutrino do electrón. En experiencias que antineutrinos reactor nuclear irradiada, reaccionar cun protón, formando neutróns e positrões. sinaturas de enerxía únicos (e raros) do último subprodutos era a proba da existencia da partícula.

Abrindo muóns léptons cargadas foi o punto de partida para a súa posterior identificación do segundo tipo neutrinos - muón. A súa identificación foi realizada en 1962, con base nos resultados da experiencia dun acelerador de partículas. De alta enerxía neutrinos muóns decaimento formados por pi-mesóns e dirixidos ao detector de xeito que se pode examinar a súa reacción coa substancia. A pesar do feito de que son non reactivo, así como outros tipos de partículas, verificouse que nos casos raros cando reaccionan con protóns ou neutróns, múons, múons neutrinos, pero nunca electróns. En 1998, físicos estadounidenses Leon Lederman, Melvin Schwartz e Dzhek Shteynberger foron galardoados co Premio Nobel de Física para a identificación de Muon-neutrinos.

A mediados dos anos 1970, un físico de neutrinos gañou outro tipo de léptons cargados - tau. TAU-tau e neutrino-antineutrinos foron asociados con este terceiro leptón cargada. En 2000, físicos do Laboratorio Acelerador Nacional. Enrico Fermi relatada a primeira proba experimental da existencia deste tipo de partículas.

peso

Todo tipo de neutrinos teñen masa, que é moito menos do que a dos seus compañeiros cargadas. Por exemplo, as experiencias mostran que a masa do electrón-neutrino debe ser inferior a 0,002% da masa de electróns ea suma das masas dos tres variedades debe ser inferior a 0,48 eV. O pensamento por moitos anos que a masa da partícula é cero, a pesar de non haber evidencia teórica convincente, por que debería ser así. A continuación, en 2002, o Observatorio Sudbury Neutrino obtívose a primeira evidencia directa de que neutrinos electróns emitidos por medio de reaccións nucleares no núcleo do sol, sempre que pasan a través del, modificar o seu tipo. Tal "oscilación" neutrino posible se un ou máis das partículas teñen unha pequena masa. Os seus estudos da interacción de raios cósmicos na atmosfera da Terra tamén indicar a presenza de masa, pero máis experimentos son necesarios para definir con máis precisión.

fontes

As fontes naturais de neutrinos - un decaemento radioactivo dos elementos no interior da terra, a cal é emitida a un gran fluxo de baixa enerxía de electróns antineutrino. Supernovas son tamén vantaxosamente neutrino fenómeno, xa que estas partículas só pode penetrar material de hiperdenso formada nunha estrela en colapso; só unha pequena parte da enerxía é convertida en luz. Os cálculos mostran que preto de 2% de enerxía solar - os neutrinos enerxía formados en reaccións de termonuclear fusión. É probable que a maior parte da materia escura do universo componse dos neutrinos producidos durante o Big Bang.

problemas de física

Áreas relacionadas co neutrino astrofísica, e diversas e en rápida evolución. cuestións actuais que atraen un gran número de esforzos teóricos e experimentais, o seguinte:

• Cales son as diferentes masas de neutrinos?
• Como afectan a cosmoloxía, o Big Bang?
• oscilan?
• Pode un tipo de neutrino se transforma noutra, como eles viaxan a través da materia e do espazo?
• Son neutrinos fundamentalmente diferente das súas antipartículas?
• Como as estrelas en colapso para formar unha supernova?
• Cal é o papel dos neutrinos en cosmoloxía?

Un dos problemas de longa data de particular interese é o chamado problema do neutrino solar. Este nome fai referencia ao feito de que durante varios experimentos terrestres realizados ao longo dos últimos 30 anos, sempre observadas as partículas máis pequenas que o necesario para producir a enerxía irradiada polo Sol. Unha solución posíbel é a oscilación, isto é. E. A transformación de neutrinos electróns para Muon ou TAU durante a viaxe á Terra. Entón, canto máis difícil de medir Muon baixa enerxía ou neutrinos do Tau, este tipo de transformación que explicaría por que non vemos a cantidade correcta de partículas na Terra.

Premio Nobel cuarta

Premio Nobel de Física 2015 se concedeu a Takaaki Kaji e Arthur MacDonald para a detección da masa do neutrino. Esta foi a cuarta asignación similar asociada a medidas experimentais de estas partículas. Alguén pode estar interesado na cuestión de por que temos que preocuparnos tanto sobre algo que pouco interactúan coa materia ordinaria.

O feito de que podemos detectar estas partículas efémeras, é un testemuño da enxeño humano. Como as regras da mecánica cuántica, probabilísticos, sabemos que, a pesar do feito de que case todos os neutrinos pasan a través da Terra, algúns deles van interactuar con el. O detector é capaz de tamaño o suficientemente grande é rexistrado.

O primeiro tal dispositivo foi construído na década dos sesenta, no fondo dunha mina en Dakota do Sur. O eixe foi enchido en 400.000. G fluído de limpeza. En media neutrino unha partícula interactúa diariamente cun átomo de cloro, converténdoo en atmosfera de argon. Incrible, Raymond Davis, que foi responsable do detector, inventou un método para a detección de varios átomos de argon, e catro décadas despois, en 2002, a este feito de enxeñaría incrible, foi galardoado co Premio Nobel.

nova astronomía

Porque neutrinos interactúan moi feblemente, poden viaxar grandes distancias. Eles nos dan un reflexo dos lugares que doutro xeito nunca visto. Neutrinos detectados Davis, formado como resultado de reaccións nucleares que se produciron no corazón do sol, e foron capaces de deixar este asento incrible denso e quente, só porque non interactúan con outras materias. Podes incluso detectar neutrinos emitidos dende o centro dunha estrela que estourou a unha distancia de máis de cen mil anos luz da Terra.

Ademais, estas partículas fan posible observar o universo na súa escala moi pequena, moito menor que aqueles en que pode mirar para o Large Hadron Collider, en Xenebra, descubriu o bosón de Higgs. É por esta razón que o Comité Nobel decidiu asignar o Premio Nobel polo descubrimento do neutrino doutro tipo.

misteriosa escaseza

Cando Ray Davis observado neutrinos solares, atopou só un terzo da cantidade esperada. A maioría dos físicos cren que a razón para iso é o pouco coñecemento da astrofísica do Sol: quizais brillou modelo subsolo superestimado a cantidade producida no seu neutrino. Non obstante, por moitos anos, mesmo despois de que os modelos solares melloraron, o déficit permaneceu. Os físicos prestou atención a outra posibilidade: o problema pode estar relacionado coa nosa percepción destas partículas. Segundo a teoría, entón prevaleceu eles non teñen o peso. Pero algúns físicos teñen argumentado que, de feito, as partículas teñen masa infinitesimal, e esta masa foi a razón para a súa falta.

partícula de tres caras

Segundo a teoría de oscilacións de neutrinos, na natureza, existen tres tipos deles. Se unha partícula ten unha masa, que a medida que se move, pode pasar dun tipo a outro. Tres tipos - electróns, múons e tau - na interacción coa substancia se pode converter a correspondente partícula cargada (electróns e tau de muóns leptones). "Oscilación" débese á mecánica cuántica. neutrino non é constante. Cambia co tempo. Neutrinos, que comezou a súa existencia como un correo electrónico, pode converterse nun Muon, e despois de volta. Así, unha partícula, formada no núcleo do sol, no camiño para a terra pode ser periodicamente convertidas en neutrinos muóns e viceversa. Desde detector Davis podería detectar só electrón-neutrinos, o que podería levar a unha transmutación de cloro na argon, parecía posible que o neutrino falta transformada outros tipos. (Acontece que os neutrinos oscilan dentro de Sun, e non no camiño para a Terra).

O experimento canadense

O único xeito de probar que era crear un detector que funcionou para os tres tipos de neutrinos. A partir dos anos 90 Arthur McDonald, da Universidade Queen, en Ontario, el liderou o equipo, que se realiza nunha mina en Sudbury, Ontario. Instalación contén toneladas de auga pesada, proporcionou un préstamo polo Goberno de Canadá. A auga pesada é raro, pero a forma de ocorrencia natural de auga, en que o hidróxeno que contén un protón é substituído polo seu isótopo máis pesado de deuterio, o cal comprende un protón e un neutrón. goberno canadense abastece auga pesada, m. K. El é usado como un refrixerante nun reactor nuclear. Os tres tipos de neutrinos podería destruír o deuterio para formar protóns e neutróns, os neutróns e despois contados. Detector rexistrou preto de tres veces o número en comparación con Davis - exactamente a cantidade que mellor previu os modelos Sun. Isto suxire que os electróns neutrinos pode oscilar en seus outros tipos.

experimento xaponés

Na mesma época, Takaaki Kadzita da Universidade de Tokio realizou outro experimento notable. Un detector montado no eixe no Xapón rexistrou neutrinos benvida non do interior do sol e da atmosfera superior. En colisións de protóns de raios cósmicos coa atmosfera fórmanse ducha doutras partículas, incluíndo neutrinos muóns. Na mina son convertidos en núcleos de hidróxeno en muóns. Detector Kadzity podía ver partículas benvida en dúas direccións. Algúns caeron arriba, chegou da atmosfera, mentres que outros están movendo dende o fondo. O número de partículas era diferente, que falou sobre a súa natureza diferente - estaban en distintos puntos do seu ciclo oscilatorio.

Revolución na Ciencia

É todos os oscilacións exóticos e sorprendentes, pero por neutrino ea masa atraer tanta atención? A razón é simple. No modelo estándar da física de partículas elementais, desenvolvido ao longo dos últimos cincuenta anos do século XX, que describe correctamente todas as outras observacións en aceleradores e outros experimentos, os neutrinos eran para ser sen masa. O descubrimento da masa do neutrino indica que algo está falta. O Modelo Estándar non está completa. Faltan elementos aínda a ser descuberto - coa axuda do Large Hadron Collider ou doutro, aínda non foi creado máquina virtual.