Nevtrino delcev: definicija, lastnosti, opis. nevtrinskih nihanja - it ...

Neutrino - osnovno delcev, ki je zelo podoben elektronu, vendar nima električnega naboja. Ima zelo majhno maso, ki lahko celo nič. Iz mase nevtrino je odvisna od hitrosti. Razlika v času prihoda in grede delcev je 0,0006% (± 0,0012%). V letu 2011 je bilo med OPERA poskusa, da je hitrost presega hitrost svetlobe nevtrinov, vendar neodvisno od te izkušnje še ni potrjen.

Zmuzljive delcev

To je eden izmed najpogostejših delcev v vesolju. Ker pa sodeluje zelo malo s tem, je zelo težko odkriti. Elektroni in nevtrini ne sodelujejo v močne jedrske sile, ampak tudi sodelujejo pri šibki. Delci imajo takšne lastnosti se imenujejo leptoni. Poleg elektronov (pozitrona in antidelec), iz napolnjenega leptoni Muon (200 elektronov mase), tau (3500 electron mase), in njihove antidelec. Imenujejo se: elektronov, Muon in tau nevtrini. Vsak od njih ima antimaterial komponento, imenovano antineutrino.

Muon in tau, kot elektron, imajo spremljajočih delcev. To Muon in tau nevtrini. Tri vrste delcev različna drug od drugega. Na primer, ko mionski nevtrino interakcijo s ciljem, da vedno proizvajajo muons in nikoli tau ali elektrone. V reakciji delcev, čeprav so elektroni in elektronski nevtrino ustvarili in uničili, njihova vsota ostaja nespremenjena. To dejstvo vodi do ločevanja leptoni v tri skupine, od katerih vsaka ima nabite leptoni in priloženo neutrino.

Za odkrivanje zahteva ta delec zelo velike in zelo občutljive detektorje. Kot pravilo, z nizko porabo energije nevtrinov bo potovanje za več svetlobnih let do interakcije z materijo. Zato vse zemeljske poskusi z njimi zanašajo na merjenju majhen delček, ki komunicira z registratorji razumnem obsegu. Na primer, v nevtrinov opazovalne Sudbury, ki vsebuje 1.000 ton težke vode prehaja skozi detektor okoli 1012 sončnih nevtrinov na sekundo. In našel samo 30 na dan.

Zgodovina odkritja

Wolfgang Pauli prvi Domnevni obstoj delcev leta 1930. Takrat je bil problem, ker se je zdelo, da se energija in vrtilna količina niso shranjeni v beta razpadu. Toda Pauli je poudaril, da če se tam ne oddajajo nevtrini interakcija nevtralen delec je pravo varčevanje z energijo bo treba upoštevati. Italijanski fizik Enrico Fermi je leta 1934 razvil teorijo beta razpada, in ji dal ime delca.

Kljub vsem napovedi za 20 let, nevtrini ni mogoče zaznati eksperimentalno zaradi šibke interakcije z materijo. Ker so delci električno nabit, ne delujejo elektromagnetne sile, in zato ne povzročajo ionizacijo snovi. Poleg tega so reagirajo s snovjo samo prek šibke interakcije rahlo silo. Zato so najbolj predirnega subatomski delci sposobni potovati skozi veliko število atomov brez povzročanja reakcijo. Le 1 do 10 milijard teh delcev, ki potujejo skozi tkanino za razdaljo, ki je enaka premeru zemlje, reagira s protoni ali nevtrona.

Nazadnje, leta 1956, je skupina ameriških fizikov, Frederick Reines vodil poročali o odkritju elektronov antineutrino. V poskusih je antineutrinos sevana jedrskega reaktorja, reagiranje s proton, ki tvorijo nevtrone in pozitrone. Edinstvene (in redke) energije podpise slednje stranskih proizvodov je bil dokaz o obstoju delca.

Odpiranje nabite leptoni muons je izhodišče za nadaljnjo identifikacijo nevtrinov druge vrste - Muon. Njihova identifikacija bila izvedena leta 1962 na osnovi rezultatov poskusa v pospeševalnik. High-energy muons upadanja nevtrini, ki jih oblikuje pi-mezonov in usmerjeni na detektor, tako da je bilo mogoče preučiti njihovo reakcijo s snovjo. Kljub temu, da so non-reaktivni, kakor tudi druge vrste delcev, je bilo ugotovljeno, da v redkih primerih, ko se odzivajo s protoni in nevtroni, muons, nevtrini muons, vendar nikoli elektronov. Leta 1998 so ameriški fiziki Leon Lederman, Melvin Schwartz in Dzhek Shteynberger fizike prejel Nobelovo nagrado za identifikacijo Muon-nevtrinov.

V sredini 1970-ih je fizika nevtrino dobil drugo vrsto zaračunanih leptoni - tau. Tau-nevtrino in tau-antineutrinos so bili povezani s to tretjo napolnjeno Lepton. Leta 2000, fiziki na National Accelerator Laboratory. Enrico Fermi poročali prvo eksperimentalno dokaze o obstoju te vrste delcev.

teža

Vse vrste nevtrinov imajo maso, ki je veliko manjša od svojih partnerjev zaračunavajo. Na primer, poskusi kažejo, da mora biti manj kot 0,002% od elektronov mase in vsoto mas treh sort mora biti manj kot 0,48 eV masa elektronov-nevtrino. Misel za več let, da je masa delcev nič, čeprav ni bilo prepričljivega teoretični dokazi, zakaj bi moralo biti tako. Takrat, leta 2002, je bil observatorij Sudbury Neutrino dobimo prvi neposreden dokaz, da ga jedrskih reakcij elektronov nevtrini oddaja v jedru sonca, dokler se skozi njo, spremeni svojo vrsto. Takšno "nihanja" nevtrino možno, če eden ali več delcev manjšo maso. Njihove študije medsebojnega vpliva kozmičnih žarkov v zemeljski atmosferi kaže tudi prisotnost mase, vendar so potrebne nadaljnje poskuse, da se bolj natančno opredeliti.

viri

Naravni viri nevtrinov - radioaktivni razpad elementov v zemlji, ki je oddan v velikem pretoku nizkoenergijske elektronsko-antineutrino. Supernove so tudi prednostno neutrino fenomen, saj lahko ti delci prodrejo le hyperdense materiala tvorjen v razpadajoče zvezdico; samo, da je majhen del energije pretvori v svetlobo. Izračuni kažejo, da je približno 2% sončne energije - energetskih nevtrini tvorjene v reakcijah termonuklearne fuzije. Verjetno je, da je večina temne snovi v vesolju sestavljeno iz nevtrinov, proizvedenih v velikem poku.

težave fizike

Področja, povezana z nevtrino astrofiziko, ter raznovrstne in se hitro razvija. Aktualna vprašanja, ki privabljajo veliko število poskusnih in teoretičnih prizadevanj, naslednje:

• Katere so različne nevtrinskih mase?
• Kako vplivajo kozmologija, Veliki pok?
• pa nihajo?
• Lahko ena vrsta nevtrino spremeni v drugo, ko potujejo skozi materijo in prostor?
• Ali so nevtrini bistveno drugačna od njihovih antidelcev?
• Kako Stars kolapsirala v supernovo?
• Kakšna je vloga nevtrinov v kozmologije?

Eden izmed dolgoletnih težav, ki so posebnega pomena, je tako imenovani sončni problem nevtrino. To ime se nanaša na dejstvo, da v številnih zemeljskih eksperimentov v zadnjih 30 letih, nenehno opazili delci manjši, kot je potrebno za proizvodnjo energije, ki jo sonce seva. Ena od možnih rešitev je nihanje, tj. E. Preobrazba elektronski nevtrino, da Muon ali tau med potovanjem na Zemljo. Torej, koliko težje meriti nizkoenergijski Muon ali tau nevtrini, bi tovrstno preobrazbo pojasniti, zakaj ne bomo videli pravo količino delcev na Zemlji.

Četrta Nobelova nagrada

Nobelova nagrada za fiziko 2015 je prejel Takaaki Kaji in Arthur MacDonald za odkrivanje mase nevtrinov. To je bilo četrto podoben oddaja povezana z eksperimentalnimi meritvami teh delcev. Nekdo se lahko zainteresirani na vprašanje, zakaj bi morali skrbeti toliko o nečem, kar je komaj interakcijo z rednim zadevo.

Dejstvo, da smo lahko zazna te kratkotrajne delce, je dokaz, da človeške iznajdljivosti. Ker pravil kvantne mehanike, verjetnostne, vemo, da je, kljub dejstvu, da je skoraj vse nevtrinov potujejo skozi Zemljo, nekateri od njih bodo sodelovali z njim. Detektor je sposoben dovolj registrirano velike velikosti.

Prva taka naprava je bila zgrajena v šestdesetih letih, globoko v rudniku v Južni Dakoti. Gred je bila napolnjena s 400.000. Čiščenje L tekočine. V povprečju nevtrino ena delcev dnevno sodeluje z atomom klora, pretvorimo v argonom. Neverjetno, Raymond Davis, ki je bil odgovoren za detektor, izumil metodo za odkrivanje več atomov argon, in štiri desetletja pozneje, leta 2002, za to neverjetno inženiring feat je prejel Nobelovo nagrado.

nova astronomija

Ker nevtrini interakcijo tako šibko, da lahko potujejo velike razdalje. Dajo nam vpogled v krajih, ki jih sicer ne bi nikoli videli. Nevtrini odkriti Davis, nastalo kot posledica jedrskih reakcij, ki so potekale v središču sonca, in so bili sposobni, da zapustijo to neverjetno gosto in vroče sedež samo zato, ker ne komunicira z drugo zadevo. Lahko celo odkriti nevtrini uhajajo iz centra eksplozijsko zvezde na razdalji več kot sto tisoč svetlobnih let od Zemlje.

Poleg tega ti delci bi bilo mogoče opazovati vesolje v svojem zelo majhnem obsegu, precej manjši od tistih, v katerih lahko ogledate v Velikem hadronskem trkalniku v Ženevi odkrili Higgsov bozon. To je tudi razlog, da je Nobelov odbor odločil, da podelitev Nobelove nagrade za odkritje nevtrino druge vrste.

skrivnostno pomanjkanje

Ko Ray Davis opazili sončnih nevtrinov, je našel le tretjino pričakovane količine. Večina fiziki menijo, da je razlog za to nepoznavanje astrofizike Sonca: morda je sijalo podtalje modela precenil količino proizvedenega v nevtrino. Kljub temu pa za več let, tudi potem, ko so sončni modeli izboljšalo, primanjkljaj ostal. Fiziki so bili pozorni na drugo možnost: problem je lahko povezana z naše dojemanje teh delcev. Po teoriji, nato pa so prevladovali niso imeli teže. Vendar so nekateri fiziki je trdil, da ima v resnici delci neskončno maso, in ta masa je bil razlog za njihovo pomanjkanje.

Tri prevleko delcev

Po teoriji nevtrino nihanj, v naravi, obstajajo tri različne vrste njih. Če je delec z maso, da ko se premika, da lahko prehaja iz ene vrste v drugo. Tri vrste - elektroni, muons in tau - v interakciji s snovjo lahko pretvorimo v ustrezen nabitih delcev (elektronov in Muon tau leptoni). "Nihanje" je posledica kvantne mehanike. Tip nevtrino ni konstantna. To se spreminja skozi čas. Nevtrini, ki se je začel njen obstoj kot e-pošto, lahko spremeni v Muon, in nato nazaj. Tako lahko delcev, tvorjen v jedru sonca, na poti do Zemljo periodično pretvorimo mionski nevtrino in obratno. Ker bi Davis detektor zazna le z elektronskim nevtrini, ki bi lahko privedli do jedrskega pretvorbe klora v argona, se je zdelo možno, da manjka nevtrino obrnil v druge vrste. (Izkazalo se je, da nevtrini nihajo v notranjosti Sonca, in ne na poti do Zemlje).

Kanadski poskus

Edini način, da preizkusite to je bil ustvariti detektor, ki je delal za vse tri vrste nevtrinov. Od 90. Arthur McDonald Univerze Queen v Ontariu, je vodil ekipo, ki se izvaja v rudniku v Sudbury, Ontario. Namestitev vsebuje ton težke vode, za posojilo, ki ga je vlada Kanade. Težka voda redka, vendar naravni oblika vode, kjer je vodik, ki vsebuje en proton zamenja z težjega izotopa devterija, ki obsega proton in nevtron. Kanadska vlada je v zalogah težke vode, m. K. se uporablja kot hladilno sredstvo v jedrskem reaktorju. Vse tri vrste nevtrinov lahko uniči devterij, da tvorijo protone in nevtrone, nevtronov in nato prešteti. Detektor registriranih približno trikrat več v primerjavi z Davis - natančen znesek, ki najbolje napovedane modele Sun. To pomeni, da se lahko elektron-nevtrini nihajo v svojih drugih vrst.

Japonski eksperiment

Približno v istem času, Takaaki Kadzita iz Univerze v Tokiu poteka še en izjemen eksperiment. Detektor nameščen v jašku na Japonskem zabeležili nevtrini, ki prihajajo, ne iz notranjosti sonca, in iz zgornje atmosfere. V protonske trkov kozmičnih žarkov z atmosfero tvorjena prhe drugih delcev, vključno mionski nevtrino. V rudniku se pretvori v vodikovih jeder v muons. Detektor Kadzity lahko videli delci, ki prihajajo v dveh smereh. Nekaj je padla od zgoraj, ki prihajajo iz atmosfere, medtem ko se gibljejo od spodaj. Število delcev je bila drugačna, da je govoril o svoji drugačne narave - so na različnih točkah v svojem nihajni ciklu.

Revolucija v znanosti

To je vse eksotične in presenetljive, ampak zakaj nevtrino nihanja in masa pritegnili toliko pozornosti? Razlog je preprost. V standardnem modelu fizike osnovnih delcev, je razvil v zadnjih petdesetih letih dvajsetega stoletja, ki je pravilno opisuje vse druge pripombe v pospeševalnikih in drugih eksperimentov s, bi bilo brezmasne so nevtrini. Odkritje mase nevtrinov kaže, da nekaj manjka. Standardni model ni popoln. Manjka elementov še ni odkril - s pomočjo Velikem hadronskem trkalniku ali drugi, še ni ustvaril virtualni stroj.