Neutrino grimcë: Përkufizimi, pronat, një përshkrim. oshilacione neutrino - it ...

Neutrino - një grimcë elementare që është shumë e ngjashme me elektron, por ajo nuk ka ngarkuar elektrike. Ajo ka një masë shumë të vogël, e cila mund edhe të jetë zero. Nga masa e neutrino varet nga shpejtësia. Ndryshimi në kohën e arritjes dhe rrezes së grimcave eshte 0,0006% (± 0,0012%). Në vitin 2011, ajo ishte themeluar gjatë eksperimentit OPERA se shpejtësia tejkalon shpejtësinë e neutrinot lehta, por i pavarur nga kjo përvojë nuk e ka konfirmuar.

Grimcëza të paqarta

Kjo është një prej grimcave më të zakonshme në univers. Që nga ajo ndërvepron shumë pak me këtë çështje, ajo është tepër e vështirë për të zbuluar. Elektronet dhe neutrinot nuk marrin pjesë në forca e fortë bërthamore, por në mënyrë të barabartë të marrin pjesë në të dobëtit. Grimcat që kanë prona të tilla janë quajtur leptone. Përveç elektron (Pozitronesh dhe antithërrmijë), referuar leptone muon e ngarkuar (200 masiv elektron), tau (3500 masë elektron), dhe antithërrmijë tyre. Ata janë quajtur: elektron, muon dhe neutrinot tau. Secili prej tyre ka komponent antimaterial, quhet antineutrino.

Muon dhe tau, si një elektron, kanë grimcat shoqëruese. Ajo muon dhe tau neutrinot. Tre llojet e grimcave të ndryshme nga njëri-tjetri. Për shembull, kur neutrinot muon bashkëveprojnë me objektivin, ata gjithmonë prodhojnë muons dhe kurrë Tau apo elektronet. Në reagimin e grimcave, edhe pse elektronet dhe neutrinot elektronike janë krijuar dhe shkatërruar, shuma e tyre mbetet i pandryshuar. Ky fakt çon në një leptone ndarjes në tri lloje, secila prej të cilave ka një leptone akuzuar dhe neutrino shoqërues.

Për të zbuluar këtë grimcë e nevojshme një detektorë shumë të mëdha dhe shumë të ndjeshme. Si rregull, me neutrinot të ulët të energjisë do të udhëtojë për shumë vite dritë të ndërveprimit me këtë çështje. Rrjedhimisht, të gjitha eksperimentet e parë me ta mbështetet në matjen e një pjesë të vogël që ndërvepron me regjistruesve madhësi të arsyeshme. Për shembull, në një observatori neutrino Sudbury, përmban 1.000 ton e ujit të rëndë kalon nëpër detektor rreth 1012 neutrinot diellore për sekondë. Dhe gjendet vetëm 30 në ditë.

Historia e zbulimit

Wolfgang Pauli parë postulatit ekzistencën e grimcave në vitin 1930. Në atë kohë, ka pasur një problem, sepse u duk se energjia dhe vrulli këndore nuk janë të ruajtura në shkatërrim beta. Por Pauli vuri në dukje se në qoftë se nuk është emetuar neutrinot ndërveprojnë grimcë neutrale, ligji i ruajtjes së energjisë do të respektohet. fizikan italian Enrico Fermi në vitin 1934 zhvilluar teorinë e kalbjes beta, dhe i dha asaj emrin e grimcës.

Përkundër të gjitha parashikimet për 20 vjet, neutrinot nuk mund të zbulohet eksperimentalisht për shkak të saj të ndërveprimit të dobët me këtë çështje. Sepse grimcat janë të ngarkuar elektrikisht, ata nuk veprojnë forca elektromagnetike, dhe, për këtë arsye, ata nuk shkaktojnë ionization e substancës. Përveç kësaj, ata reagojnë me substancën vetëm përmes ndërveprimeve dobët fuqi të vogël. Prandaj, ata janë grimcat më të thekshëm subatomike të aftë për të kaluar përmes një numri të madh të atomeve pa shkaktuar ndonjë reagim. Vetëm 1 në 10 miliard e këtyre grimcave udhëtojnë nëpër pëlhurë nga një distancë të barabartë me diametër të Tokës, reagon me protonet ose neutron.

Së fundi, në vitin 1956 një grup i fizikanëve amerikan, i udhëhequr nga Frederick Reines njoftoi zbulimin e antineutrino elektronike. Në eksperimentet ajo antineutrinos reaktorin rrezatimi bërthamor, duke reaguar me një proton, duke formuar neutrone dhe pozitrone. Unique (dhe të rralla) nënshkrimet e Energjisë e fundit nënprodukteve ishte provë e ekzistencës së grimcës.

Hapja e ngarkuara leptone muons është pika e fillimit për identifikimin e mëvonshëm të neutrinot Lloji i dytë i - Muộn. identifikimi i tyre është kryer në vitin 1962 në bazë të rezultateve të eksperimentit në një përshpejtues grimcë. Me energji të lartë neutrinot muons prishjen e formuara nga Pi-mesons dhe të drejtuara për detektor në mënyrë që ajo ishte e mundur për të shqyrtuar reagimin e tyre me substancë. Pavarësisht nga fakti se ata janë jo-reaktive, si dhe llojet e tjera të grimcave, u konstatua se në raste të rralla kur ata reagojnë me protone ose neutrone, muons, muons neutrinot, por kurrë nuk elektronet. Në vitin 1998, fizikanët amerikan Leon Lederman, Melvin Schwartz dhe Dzhek Shteynberger u nderua me Çmimin Nobel në fizikë për identifikimin e muốn-neutrinot.

Në mes të viteve 1970, neutrino fizika fituar një tjetër lloj leptone ngarkuara - tau. Tau-neutrino tau dhe-antineutrinos ishin të lidhur me këtë LEPTON tretë ngarkuar. Në vitin 2000, fizikanët në Laboratorin Kombëtar të Accelerator. Enrico Fermi raportuan dëshminë e parë eksperimentale e ekzistencës së këtij lloji të grimcave.

peshë

Të gjitha llojet e neutrinot kanë masë, e cila është shumë më pak se ajo e partnerëve të tyre të ngarkuara. Për shembull, eksperimentet tregojnë se masa e elektron-neutrino duhet të jetë më pak se 0,002% të masës elektronike dhe shuma e masave të tri varieteteve duhet të jetë më pak se 0.48 eV. Mendimi për shumë vite se masa e grimcës është zero, edhe pse nuk ka pasur dëshmi bindëse teorike, pse ajo duhet të jetë në këtë mënyrë. Pastaj, në vitin 2002, Observatori Sudbury neutrino është marrë prova e parë e drejtpërdrejtë që elektron neutrinot emetuar nga reagimet bërthamore në thelbin e diellit, për aq kohë sa ata të kalojnë nëpërmjet saj, të ndryshojë llojin e vet. Të tilla "oshilacione" neutrino mundur në qoftë se një ose më shumë prej grimcave të ketë një masë të vogël. studimet e tyre Ndërveprimi i rrezeve kozmike në atmosferën e Tokës gjithashtu tregojnë praninë e masës, por eksperimente të mëtejshme janë të nevojshme për të përcaktuar më saktë atë.

burime

Burimet natyrore të neutrinot - një prishja radioaktive e elementeve brenda tokës, e cila është emetuar në një fluks të madh të ulët të energjisë elektron-antineutrino. Supernova janë gjithashtu advantageously neutrino fenomen, pasi që këto grimca mund të depërtojnë vetëm materiale hyperdense formuar në një yll kolaps; vetëm një pjesë e vogël e energjisë është konvertuar në dritë. Llogaritjet tregojnë se rreth 2% të energjisë diellore - e neutrinot energjisë formuar në reagimet e termobërthamor fusion. Është e mundshme që shumica e materies së zezë e universit është e përbërë nga neutrinot e prodhuara gjatë Big Bengut.

problemet fizikës

Fushat e lidhura me neutrino Astrofizika, dhe të ndryshme dhe me shpejtësi në zhvillim. Çështjet aktuale që tërheqin një numër të madh të përpjekjeve eksperimentale dhe teorike, si vijon:

• Cilat janë masat e ndryshme neutrino?
• Si mund ata të ndikojnë kozmologji, Big Bengut?
• ata luhaten?
• Mund një lloj neutrino kthehet në një tjetër si ata të udhëtojnë përmes materies dhe hapësirës?
• Janë neutrinot krejtësisht të ndryshme nga anti-thërrmijave të tyre?
• Si yjet shembet për të formuar një supernova?
• Cili është roli i neutrinot në kozmologji?

Një nga problemet e gjatë me interes të veçantë është i ashtuquajturi problemi diellor neutrino. Ky emër i referohet faktit se gjatë disa eksperimente tokësore kryera gjatë 30 viteve të fundit, vazhdimisht vërejtur grimcat më të vogla se sa është e nevojshme për të prodhuar energjinë radiated nga dielli. Një zgjidhje e mundshme është luhatje, dmth. E. Transformimi i neutrinot elektronike të muốn ose tau gjatë udhëtimit në Tokë. Pra, sa më e vështirë për t'u matur muon të ulët të energjisë ose tau neutrinot, ky lloj i transformimit do të shpjegojë se pse ne nuk e shohim sasi të drejtën e grimcave në Tokë.

Çmimi Nobel i katërt

Çmimi Nobel në Fizikë 2015 u dha për Takaaki Kaji dhe Arthur MacDonald për zbulimin e masës neutrino. Ky ishte çmimi i katërt i ngjashëm lidhur me matjet eksperimentale e këtyre grimcave. Dikush mund të jenë të interesuar në pyetjen se pse duhet të kemi kujdes aq shumë për diçka që mezi ndërveprojnë me çështje të zakonshme.

Fakti që ne mund të zbulojë këto grimca kalimtare, është një testament për zgjuarsi e njeriut. Që nga rregullat e mekanikës kuantike, probabilistic, ne e dimë se, pavarësisht nga fakti se pothuajse të gjithë neutrinot kalojnë nëpër Tokë, disa prej tyre do të ndërveprojnë me të. Detektor është e aftë të mjaftueshme përmasave të mëdha është regjistruar.

Pajisja e parë e tillë u ndërtua në vitet gjashtëdhjetë, thellë në një minierë në South Dakota. Bosht u mbush në lëngun L pastrimit 400 mijë.. Mesatarisht neutrino një grimcë ditore ndërvepron me një atom klor, konvertimin e saj në argon. Tepër, Raymond Davis, i cili ishte përgjegjës për detektor, shpikur një metodë për zbulimin e atomeve të shumta argon, dhe katër dekada më vonë, në vitin 2002, për këtë inxhinieri feat mahnitshme ai u nderua me Çmimin Nobel.

astronomi i ri

Për shkak se neutrinot bashkëveprojnë në mënyrë të dobët, ata mund të udhëtojnë në distanca të mëdha. Ato na japin një paraqitje e shkurtër në vendet që përndryshe ne nuk do të kishte parë. Neutrinot zbuluar Davis, formuar si rezultat i reaksioneve bërthamore që u zhvillua në zemër të diellit, dhe ishin në gjendje për të lënë këtë vend tepër të dendur dhe e nxehtë vetëm për shkak se ata nuk do të ndërveprojnë me çështje të tjera. Ju edhe mund të zbulojë neutrinot emetuar nga qendra e një yll shpërtheu në një distancë prej më shumë se njëqind mijë vite-dritë nga Toka.

Përveç kësaj, këto grimca të bëjë të mundur për të vëzhguar universin në shkallën e saj shumë të vogël, shumë më të vogël se sa ato në të cilat mund të shikoni në Large Hadron Collider në Gjenevë, zbuloi Higgs boson. Është për këtë arsye se Komiteti Nobel vendosi të ndajë Çmimin Nobel për zbulimin e neutrino të një tjetër lloji.

mungesa misterioze

Kur Ray Davis vërejtur neutrinot diellore, ai gjeti vetëm një e treta e sasisë së pritshme. Shumica fizikantë besojnë se arsyeja për këtë është njohja e dobët e astrofizikës e Diellit: ndoshta shkëlqeu Modeli nëntokës mbivlerësuar shumën e prodhuar në neutrino e saj. Megjithatë, për shumë vite, edhe pas modele diellore janë përmirësuar, deficiti mbeti. Fizikanët kanë kushtuar vëmendje në një tjetër mundësi: problemi mund të jetë i lidhur me perceptimin tonë të këtyre grimcave. Sipas teorisë, pastaj mbizotëroi ata nuk kanë peshë. Por disa fizikanët kanë argumentuar se në fakt grimcat kanë një masë pambarimisht, dhe kjo masë ishte arsyeja për mungesën e tyre.

Tre-Përballë grimcë

Sipas teorisë së oshilacione neutrino, në natyrë, ekzistojnë tri lloje të ndryshme të tyre. Në qoftë se një grimcë ka një masë, se si ajo lëviz ajo mund të kalojë nga një lloj në një tjetër. Tre lloje - elektrone, muons dhe tau - në bashkëveprim me substancën mund të konvertohet në grimcës korresponduese e ngarkuar (elektron dhe muon tau leptone). "Luhatje" është për shkak të mekanikës kuantike. lloj neutrino nuk është konstante. Ajo ndryshon me kalimin e kohës. Neutrinot, e cila filloi ekzistencën e saj si një e-mail, mund të kthehet në një muon, dhe pastaj përsëri. Kështu, një grimcë, formuar në thelbin e diellit, në rrugën për në Tokë mund të konvertohet periodikisht në neutrinot muốn dhe anasjelltas. Që Davis detektor mund të zbulojë vetëm elektron-neutrinot, të cilat mund të çojnë në një shndërrimit bërthamore të klorit në argon, u duk e mundur që mungon neutrino kthyer në lloje të tjera. (Ajo rezulton se neutrinot luhaten brenda Diellit, dhe jo në rrugën për në Tokë).

Eksperimenti kanadez

E vetmja mënyrë për të provuar se kjo ishte për të krijuar një detektor që ka punuar për të tre llojet e neutrinot. Duke filluar nga vitet '90 Arthur McDonald të Universitetit të Mbretëreshës në Ontario, ai e udhëhoqi ekipin, i cili është kryer në një minierë në Sudbury, Ontario. Instalimi përmban ton ujit të rëndë, me kusht një kredi nga Qeveria e Kanadasë. uji i rëndë eshte e rralle, por forma natyrale e ujit, ku hidrogjen përmban një proton zëvendësohet nga deuterium saj te rende izotop, e cila permban nje proton dhe një neutron. qeveria kanadeze magazinuar ujë të rëndë, m. K. Ajo është përdorur si një ftohës në një reaktor bërthamor. Të tre llojet e neutrinot mund të shkatërrojë deuteriumit të formojnë protonet dhe neutronet, neutronet dhe pastaj numërohen. Detector regjistruar rreth tre herë numrin e krahasuar me Davis - pikërisht shuma që më së miri parashikuar modelet e diellit. Kjo sugjeron se elektron-neutrinot mund të luhaten në lloje të tjera të saj.

eksperiment Japanese

Rreth të njëjtën kohë, Takaaki Kadzita nga Universiteti i Tokios kryer një eksperiment të shquar. Një detektor montuar në bosht në Japoni regjistruar neutrinot që vijnë jo nga të brendshme të diellit, dhe nga atmosfera e sipërme. Në goditjet proton e rrezeve kozmike me atmosferë formohen shira të grimcave të tjera, duke përfshirë neutrinot muốn. Në minierë ata janë konvertuar në berthamat hidrogjenit në muons. Detector Kadzity mund të shohin grimcat vijnë në dy drejtime. Një pjesë tjetër ra nga lart, vjen nga atmosfera, ndërsa të tjerët janë duke lëvizur nga poshtë. Numri i grimcave ishte e ndryshme, që ka folur për natyrën e tyre të ndryshme - ata ishin në pika të ndryshme në ciklin e saj oscillatory.

Revolucioni në Shkencë

Kjo është e gjitha oshilacione ekzotike dhe e habitshme, por pse neutrino dhe në masë të tërhequr kaq shumë vëmendje? Arsyeja është e thjeshtë. Në modelin standard të fizikës elementare grimcave, të zhvilluar gjatë pesëdhjetë viteve të fundit të shekullit të njëzetë, e cila në mënyrë korrekte përshkruan të gjitha vëzhgimet e tjera në përshpejtuesit dhe eksperimente të tjera, neutrinot do të jetë pa peshë. Zbulimi i masës neutrino tregon se diçka mungon. Modeli Standardi nuk është i plotë. elemente ende për t'u zbuluar Zhdukur - me ndihmën e Large Hadron Collider apo tjetër, ende nuk ka krijuar makinë virtuale.