Neutrínó részecske: meghatározás, tulajdonságok, leírást. neutrínóoszcilláció - ez ...

Neutrínó - egy elemi részecske, amely nagyon hasonlít az elektron, de nincs elektromos töltése. Ez egy nagyon kis tömeg, amely akár nulla is lehet. A tömeg a neutrínó sebességétől függ. A különbség az időben érkezés, és a részecske nyaláb 0,0006% (± 0,0012%). A 2011-ben alakult során OPERA kísérlet, hogy a sebesség meghaladja a fénysebesség neutrínók, de ettől függetlenül a tapasztalat nem erősítették meg.

A megfoghatatlan részecske

Ez az egyik leggyakoribb részecskék az univerzumban. Hiszen az interakció nagyon kevés anyaggal, ez hihetetlenül nehéz felismerni. Az elektronok és neutrínók nem vesznek részt az erős nukleáris erő, de az is részt vesz a gyenge. Részecskék ilyen tulajdonságokkal rendelkező nevezzük leptonok. Amellett, hogy elektron (pozitron és antirészecskéje), említett a töltött leptonok müon (200 elektron tömeg), a tau (3500 elektron tömeg), és azok antirészecskéje. Ezeket nevezik: elektron, müon és a tau-neutrínó. Mindegyikük rendelkezik antimaterial komponens, az úgynevezett antineutrinó.

Müon és a tau, mint egy elektron, van kísérő részecskéket. Ez müon és a tau-neutrínó. Három típusú részecskék egymástól eltérő. Például, ha a müon neutrínó kölcsönhatásba lépnek a cél, hogy mindig termelnek müonokat és soha tau vagy elektronokat. A reakcióban a részecskék, bár az elektronok és elektron neutrínók jönnek létre, és elpusztult, ezek összege változatlan marad. Ez a tény vezet egy elválasztási leptonok három típusba, amelyek mindegyike rendelkezik egy töltött leptonok és a kísérő neutrínó.

Ezek felismerése részecske szükséges egy nagyon nagy és nagyon érzékeny detektorok. Általános szabály, hogy alacsony energiájú neutrínók utazik sok fényév a kölcsönhatás ügyet. Következésképpen minden földi kísérletek velük támaszkodnak a mérés egy kis töredéke, amely kölcsönhatásba lép a regisztrátorok ésszerű méretű. Például, egy neutrínó obszervatórium Sudbury, amely 1000 tonna nehéz víz áthalad a detektor körülbelül 1012 napenergia neutrínók másodpercenként. És már csak 30 nap.

A felfedezések története

Wolfgang Pauli egyik feltételezés létezését részecskék 1930. Abban az időben, nem volt probléma, mert úgy tűnt, hogy az energia és az impulzusmomentum nem tárolja a béta-bomlás. De Pauli rámutatott arra, hogy ha nem távozik a neutrínók kölcsönható semleges részecske, a energiamegmaradás törvényének lesz megfigyelhető. Olasz fizikus Enrico Fermi 1934-ben kidolgozott elmélet a béta-bomlás, és adta neki a nevét a részecske.

Mindezek ellenére az előrejelzések 20 éves, a neutrínók nem lehet kimutatni kísérletileg miatt gyenge kölcsönhatás anyaggal. Mivel a szemcsék elektromosan töltött, nem járnak elektromágneses erők, és ezért nem okoznak ionizációs az anyag. Továbbá, azok reagálnak az anyag csak a gyenge kölcsönhatás csekély erő. Ezért, ezek a legáthatóbb szubatomi részecskék átjutó nagyszámú atomot anélkül, hogy bármilyen reakciót. Csak 1 a 10 milliárd ezek a részecskék áthaladó a szövet által egyenlő távolság az átmérője a Föld, reagál a protonokkal vagy neutron.

Végül, 1956-ban egy csoport amerikai fizikus vezette Frederick Reines számolt be a felfedezés az elektron antineutrinó. A kísérletek azt antineutrinos kisugárzott atomreaktor, protonnal reagálni, alkotó neutronok és pozitronokat. Egyedi (és ritka) energia aláírást az utóbbi melléktermékek bizonyítéka volt, hogy létezik a részecske.

Nyitva töltött leptonok müonokat volt a kiindulópontja a későbbi azonosítás a második típusú neutrínók - müon. Azonosításuk végeztük 1962-ben az eredmények alapján a kísérlet egy részecskegyorsító. A nagy energiájú müonokat bomlás neutrínók által alkotott pi-mezonok, és irányítjuk a detektor úgy, hogy lehetséges volt, hogy megvizsgálja a reakciót az anyaggal. Annak ellenére, hogy ezek a nem-reaktív, valamint más típusú részecskék, azt találtuk, hogy a ritka esetekben, amikor reakcióba lépnek a protonok vagy neutronok, müonokat, neutrínók müonokat, de soha nem elektronokat. 1998-ban, az amerikai fizikusok Leon Lederman, Melvin Schwartz és Dzhek Shteynberger ítélték oda a fizikai Nobel-díjat azonosítására müon-neutrínók.

Az 1970-es évek, a neutrínó fizikus szerzett egy másik fajta töltött leptonok - tau. Tau-neutrínó és a tau-antineutrinos jártak e harmadik töltött lepton. 2000-ben a fizikusok a National Accelerator Laboratory. Enrico Fermi számolt be az első kísérleti bizonyíték, hogy létezik ilyen típusú részecskéket.

súly

Minden típusú neutrínók van tömege, ami sokkal kisebb, mint a partnerük felszámolásra. Például, a kísérletek azt mutatják, hogy a tömeg az elektron-neutrínó kisebbnek kell lennie, mint 0,002% a elektron tömeg és az összeg a tömegek a három fajta kisebbnek kell lennie, mint 0,48 eV. A gondolat sok éve, hogy a részecske tömege nulla, bár nincs olyan kényszerítő elméleti bizonyíték, hogy miért kell ennek így lennie. Aztán 2002-ben, a Sudbury Neutrino Observatory kaptuk az első közvetlen bizonyíték arra, hogy elektron neutrínó által kibocsátott magreakciók a lényege a nap, amíg azok át rajta, megváltoztatni a típusát. Az ilyen „oszcillációk” neutrínó lehetséges, ha egy vagy több, a részecskék egy kis tömeg. Vizsgálataik a kölcsönhatás a kozmikus sugárzás a Föld légkörébe is jelzi a jelenlétét a tömeg, de további kísérletek szükségesek, hogy pontosabban meghatározzuk azt.

forrás

Természetes forrásai neutrínók - egy radioaktív bomlás belül az elemek a föld, amely kibocsátott egy nagy áramlási az alacsony energiájú elektronsugár-antineutrinó. Szupernóvák is előnyösen Neutrino jelenség, mivel ezek a részecskék csak behatolni hipersűrű anyagból kialakítva egy összeomló csillag; csak egy kis része az energia alakul át a fény. A számítások azt mutatják, hogy mintegy 2% a napenergia - az energia neutrínók képződött reakciókban termonukleáris fúzió. Valószínű, hogy a legtöbb sötét anyag a világegyetem alkotja a neutrínók során termelt Big Bang.

fizika feladatok

Kapcsolódó területeken neutrínó asztrofizika, változatos, és gyorsan fejlődik. Aktuális kérdések, amelyek vonzzák a nagy számú kísérleti és elméleti erőfeszítések, a következő:

• Melyek a különböző neutrínó tömege?
• Hogyan befolyásolják a kozmológia, a Big Bang?
• rezegnek?
• A Can egyféle neutrínó átalakul egy másik miközben áthaladnak számít és a tér?
• Vannak neutrínók alapvetően eltér az antirészecskéi?
• Csillagok miként összeomlás alkotnak egy szupernóva?
• Mi a szerepe a neutrínók kozmológia?

Az egyik régóta fennálló problémáját, különösen érdekes az úgynevezett szoláris neutrínó probléma. Ez a név utal arra a tényre, hogy közben több földi kísérleteket végeztek az elmúlt 30 évben, folyamatosan megfigyelhető kisebb részecskék előállításához szükséges energia sugárzott a nap. Az egyik lehetséges megoldás a rezgési, azaz. E. Az átalakulás elektron neutrínók a müon vagy tau az utazás során a Földre. Tehát mennyit nehezebben mérhető alacsony energiájú müon vagy tau neutrínók, ez a fajta átalakulás megmagyarázná, hogy miért nem látjuk a megfelelő mennyiségű részecskék a Földön.

Negyedik Nobel

Fizikai Nobel-díjat 2015-ben elnyerte a Takaaki Kaji és Arthur MacDonald kimutatására a neutrínó tömegét. Ez volt a negyedik hasonló díjat kapcsolódó kísérleti méréseket ezen részecskék. Valaki lehet, hogy érdekel a kérdés, hogy miért kellene érdekel annyira valami, hogy alig lép kölcsönhatásba a közönséges anyag.

Az a tény, hogy képes felismerni ezeket efemer részecskéket, egy végrendelet, hogy az emberi találékonyság. Mivel a szabályok a kvantummechanika valószínűségi, tudjuk, hogy annak ellenére, hogy szinte az összes neutrínók áthaladnak a Földön, néhány közülük kölcsönhatásba vele. A detektor képes kellően nagy méretű regisztrálva.

Az első ilyen készülék építették a hatvanas években, mélyen a bánya South Dakota. A tengely töltötte 400 ezer. L tisztító folyadék. Átlagosan egy részecske neutrino napi kölcsönhatásba lép egy atom a klór, átalakítása argon. Hihetetlen, Raymond Davis, aki felelős volt a detektor egy olyan eljárást, az észlelési több argon tartalmaz, és négy évtizeddel később, 2002-ben, erre a csodálatos mérnöki bravúr-ben elnyerte a Nobel-díjat.

új csillagászat

Mivel a neutrínók kölcsönhatásba oly gyengén, akkor nagy távolságokat. Ők adnak bepillantást a helyeken, amelyek különben soha nem látott. A neutrínók észlelt Davis eredményeként kialakult nukleáris reakciók került sor a szív a nap, és képesek voltak elhagyni ezt a hihetetlenül sűrű és forró ülés éppen azért, mert nem lép kölcsönhatásba más kérdés. Akkor is észlelni neutrínók által kibocsátott középpontjában egy felrobbant csillag a parttól több mint százezer fényévnyire a Földtől.

Ráadásul ezek a részecskék lehetővé teszik, hogy tartsa be a világegyetem rendkívül kis méretű, sokkal kisebb, mint azok, ahol lehet nézni a nagy hadronütköztető Genf, felfedezte a Higgs-bozon. Ez az oka annak, hogy a Nobel-bizottság úgy döntött, hogy oda a Nobel-díjat a felfedezés a neutrínó másik típusú.

titokzatos hiány

Amikor Ray Davis megfigyelt napenergia neutrínók, ő már csak a harmada a várható mennyiség. A legtöbb fizikus úgy vélik, hogy ennek az az oka a rossz ismerete asztrofizika a Nap: talán sütött altalaj modell túlbecsülte a termelt mennyiség annak neutrínó. Mindazonáltal sok éven át, még akkor is, miután a napenergia modellek javultak a hiány maradt. A fizikusok figyelt egy másik lehetőség: a probléma összefüggésben lehet a felfogás ezen részecskék. Az elmélet szerint, akkor érvényesült nem volt a súlya. De néhány fizikus azt állították, hogy valójában a részecskék egy végtelenül tömeg, és ez a tömeg volt az oka, hogy hiányzik.

Három arcú részecske

Az elmélet szerint a neutrínó oszcilláció jellegű, három különböző típusú őket. Ha egy részecske tömege, hogy mivel ez mozgatja tud átjutni az egyik típus a másikba. Három típusú - elektronok, müonok és a tau - a kölcsönhatás az anyag lehet alakítani a megfelelő töltött részecske (elektron és müon tau leptonok). „Oszcilláció” annak köszönhető, hogy a kvantummechanika. neutrínó típus nem állandó. Ez megváltoztatja az idő múlásával. A neutrínók, amely akkor kezdődött létét, mint egy e-mailt, viszont egy müon, majd vissza. Így, egy részecske, kialakítva a mag a nap, a módja annak, hogy a Föld lehet periodikusan alakíthatjuk müon- neutrínók és fordítva. Mivel Davis detektor képes érzékelni egyetlen elektron-neutrínók, ami oda vezethet, hogy a transzmutáció klórt argon, úgy tűnt, lehetséges, hogy a hiányzó neutrínó vált más típusú. (Kiderült, hogy a neutrínók oszcillál a Nap belsejében, és nem a módja annak, hogy a Föld).

A kanadai kísérlet

Az egyetlen módja, hogy teszteljék az volt, hogy hozzon létre egy érzékelő, amely dolgozott mindhárom neutrínók. Kezdve a 90-es években Arthur McDonald Queen Egyetem Ontario, ő vezette a csapatot, amely végzik a bányában Sudbury, Ontario. Szerelési tartalmaz tonna nehézvíz, kölcsönt nyújtott a kanadai kormány. Nehéz a víz ritka, de a természetben előforduló víz formájában, ahol a hidrogén, amely egy protont helyébe a nehezebb izotóp deutérium, amely egy proton és egy neutron. Kanadai kormány készletezett nehézvíz, m. K. Ezt használják a hűtőfolyadék atomreaktorban. Mindhárom neutrínók elpusztítsák deutérium alkotnak protonok és a neutronok, a neutronok majd megszámoltuk. Detector regisztrált mintegy háromszor annyi, mint a Davis - pontosan az az összeg, amely a legjobban megjósolta a Sun modellek. Ez azt sugallja, hogy az elektron-neutrínók tud oszcillálni a más típusú.

japán kísérlet

Körülbelül ugyanebben az időben, Takaaki Kadzita a University of Tokyo lefolytatott másik figyelemre méltó kísérletet. A detektor szerelt tengely Japánban rögzített neutrínók jön nem a belső tér a nap, és a felső légkörben. A proton ütközések kozmikus sugárzás az atmoszférával vannak kialakítva zuhanyok más részecskék, beleértve a müon neutrínók. A bányában azok átalakul hidrogén atommagok müonokat. Detector Kadzity látta részecskék jönnek két irányban. Néhány esett felülről érkező hangulatot, míg mások mozognak alulról. A részecskék száma más volt, hogy beszélt a különböző jellegű - voltak különböző pontjain oszcillációs ciklus.

Revolution in Science

Ez mind az egzotikus és meglepő, de miért neutrínóoszcilláció és tömege vonzza annyira a figyelmet? Az ok egyszerű. A standard modell elemi részecskefizika, fejlődött az elmúlt ötven évben a huszadik század, amely helyesen írja le az összes többi észrevételeit gyorsítók és más kísérletek a neutrínók volt, hogy tömegtelen. A felfedezés a neutrínó tömegének azt jelzi, hogy valami hiányzik. A Standard Modell nem teljes. Hiányzó elemek még nem fedezték fel - segítségével a Large Hadron Collider, vagy a másik, még nem hozott létre virtuális gépet.