Nötrinonun parçacık: tanımı, özellikleri, bir açıklama. nötrino salınımları - bu ...

Nötrino - elektron çok benzer, ancak bir elektrik yükü olan bir temel parçacık. Hatta sıfır olabilir çok küçük bir kitle vardır. nötrinoya kütlesinin itibaren hızına bağlıdır. varış ve parçacık demetinin zaman farkı 0,0006% (± 0,0012%) 'dir. 2011'de, hız ışık nötrinoların hızını aştığı OPERA deney sırasında kuruldu, ancak bu deneyimin bağımsız doğrulamadı.

zor partikül

Bu evrenin en yaygın parçacıkların biridir. o madde ile çok az etkileşime yana, bunu tespit etmek son derece zordur. Elektronlar ve nötrinolar güçlü çekirdek kuvveti katılmak, ama aynı derecede zayıf katılmak yoktur. Bu tür özelliklere sahip olan parçacıklar leptonları olarak adlandırılır. elektron (pozitron ve antiparçacık) e ek olarak, yüklü leptonlara müon (200 elektron kütlesi), tau (3500 elektron kütlesi) ve bunların antiparçacık anılacaktır. Bunlar: elektron müon ve tau nötrinolardır. Her biri bir antineutrino denilen antimaterial bileşeni vardır.

Müon ve tau, bir elektron gibi, eşlik eden parçacıklar vardır. Bu müon ve tau nötrino. birbirinden farklı parçacıkların üç tip. müon nötrinolar hedefle etkileşime Örneğin, bunlar hep müonlarla ve asla Tau'yu veya elektronları üretir. Elektronlar ve elektron Nötrinoların oluşturulur ve tahrip olmasına rağmen parçacıkların reaksiyonda, bunların toplamı değişmeden kalır. Bu durum, bir yüklü leptonları ve ekteki nötrinoyu sahip, her biri üç tip, bir ayırma leptonların yol açar.

Bu parçacık çok büyük ve çok hassas dedektörleri gerekli algılamak için. düşük enerji nötrino ile bir kural olarak, madde ile etkileşime pek hafif yıllar geçecek. Sonuç olarak, bunların bütün zemin deneyleri kayıt makul boyutu ile etkileşen küçük bir kısmının ölçülmesine dayanır. Örneğin, Nötrinyo gözlem Sudbury, ağır su 1000 ton saniyede yaklaşık 1012 güneş nötrinoları ilgili dedektör geçer. Ve sadece 30 günde bulundu.

keşif Tarihçesi

enerji ve açısal momentum beta çürüme saklanmaz olduğunu görünüyordu çünkü Wolfgang Pauli ilk bir sorun vardı, O zaman 1930 yılında parçacıkların varlığını öne sürdü. Ama Pauli nötr parçacık etkileşim nötrinyoları orada yaydığı değilse, dikkat çekti enerji tasarrufu yasası gözlemlenecektir. 1934 yılında İtalyan fizikçi Enrico Fermi beta bozunumu teorisini geliştirdi ve ona parçacığın adını verdi.

20 yıldır tüm tahminlere rağmen, nötrinolar nedeniyle deneysel tespit edilemez zayıf etkileşim madde ile. parçacıklar elektrik yüklü olduğundan, bunlar bu nedenle, maddenin iyonlaşmayı neden olmaz, elektromanyetik kuvvetler hareket ve yoktur. Ek olarak, sadece zayıf etkileşimler hafif kuvvet yoluyla madde ile reaksiyona. Bu nedenle, herhangi bir reaksiyona neden olmadan atomlu bir çok sayıda geçme yetisine sahip en nüfuz atom altı parçacıklardır. Sadece 1 Dünya çapına eşit bir mesafe ile kumaşın içinden seyahat eden bu parçacıkların 10 milyar, proton veya nötron ile reaksiyona girer.

Nihayet, 1956 yılında Frederick Reines liderliğindeki Amerikalı fizikçiler bir grup, bildirilen elektron antineutrino keşfini. deneylerde nötronları ve pozitron oluşturan, bir proton ile reaksiyona sokulması, yayılan nükleer reaktör antineutrinos. yan ürünlerin ikinci Benzersiz (ve nadir) enerji belirtileri parçacığın varlığının kanıtı oldu.

müon - daha sonra ikinci tip nötrinoları tanımlanması için bir başlangıç noktası yüklü leptonların muonlar edildi açılması. Bunların kimlik parçacık hızlandırıcı deneyinin sonuçlarına dayanarak 1962 içinde gerçekleştirilmiştir. Yüksek enerjili Müonların bozunma Nötrinolar pi-mezonların tarafından oluşturulur ve madde ile reaksiyona incelemek mümkündür olduğu şekilde detektör yöneliktir. onlar Reaktif olmayan, hem de parçacıkların diğer türleri olmasına rağmen, nadir durumlarda bunların proton veya nötron, muonlar, nötrinolar muonlar tepkimeye girince belirtilmekle birlikte electron değildi. 1998 yılında, Amerikalı fizikçiler Leon Lederman, Melvin Schwartz ve Dzhek Shteynberger müon-nötrino belirlenmesi için fizik Nobel Ödülü verildi.

tau - 1970'lerin ortalarında, nötrino fiziği yüklü elektronların başka türlü kazandı. Tau-nötrinonun ve tau-antineutrinos bu üçüncü şarj leptonun ile ilişkilidir. 2000 yılında, Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı'nda fizikçiler. Enrico Fermi parçacıklarının bu tip varlığının ilk deneysel kanıt olmadığı gösterildi.

ağırlık

nötrino her türlü ücret eşleri daha çok daha azdır kitle var. Örneğin, deneyler elektron nötrinonun kütlesi elektron kütlesi ve üç çeşit toplam kütlesi az% 0.002 0.48 eV daha az olmalıdır olması gerektiğini göstermektedir. bu şekilde olmak neden hiçbir zorlayıcı teorik kanıt olmamasına rağmen uzun yıllar düşünce o parçacığın kütlesi, sıfırdır. Ardından, 2002 yılında, Sudbury Nötrino Gözlemevi elektron nötrinolar gibi onlar da bu geçerken, onun türünü değiştirmek, güneşin çekirdeğinde nükleer reaksiyonlar tarafından yayılan ilk doğrudan kanıt elde edildi. parçacıkların bir veya daha fazla küçük bir kitleye sahip olması mümkünse tür "salınım" nötrino. Çalışmaları, dünya atmosferinde kozmik etkileşmesi, aynı zamanda kütle varlığını göstermektedir, fakat başka deneyler daha doğru belirlemek için ihtiyaç vardır.

kaynaklar

Nötrinoların doğal kaynaklar - düşük enerjili elektron antineutrino büyük bir akışta yayılan toprak, içinde bulunan elemanların bir radyoaktif bozunma. Süpernovalar bu parçacıkların yalnızca çöken yıldız meydana hiperdens malzemesine nüfuz çünkü, aynı zamanda, avantajlı bir olgu, nötrinoya vardır; sadece enerji küçük bir kısmı ışığa dönüştürülür. Hesaplamalar güneş enerjisinin yaklaşık 2% 'sini göstermektedir - oluşturulan enerji nötrinoları thermonuclear tepkimeleri füzyon. Evrenin karanlık madde en Big Bang sırasında üretilen nötrinoların oluşur olasıdır.

fizik problemleri

Alanlar astrofizik neutrino ilgili ve çeşitli ve hızla gelişen. deneysel ve kuramsal çalışmaların çok sayıda çekmek Güncel konular, aşağıdaki:

• Farklı nötrino kütleleri nelerdir?
• Nasıl Big Bang kozmoloji etkiler?
• Onlar salınmaya?
• onlar madde ve uzayda yolculuk olarak Can nötrinoya bir türü başka dönüşür?
• nötrinolar kendi karşıt parçacık arasında temel farklar var?
• Nasıl bir süpernova oluşturmak üzere çökmesi yıldız?
• kozmolojideki nötrino rolü nedir?

özel ilgi uzun süredir devam eden sorunlardan biri sözde güneş nötrino sorundur. Bu isim, son 30 yıldır yürütülen çeşitli karasal deneyler sırasında, sürekli güneşten yayılan enerji üretmek için gerekli olandan parçacıklar daha küçük gözlenen gerçeğini ifade eder. Olası bir çözüm, örneğin, salınım. E. elektron Nötrinoların transformasyonu yeryüzüne yolculuk sırasında Müon veya tau için. Dünya'da parçacıkların doğru miktarda görmüyorum yüzden düşük enerjili müyon veya tau nötrino ne kadar daha zor ölçmek için, dönüşüm bu tür açıklar.

Dördüncü Nobel

Fizik 2015'te Nobel nötrino kütlesinin saptanması için Takaaki Kaji ve Arthur MacDonald verildi. Bu durum, bu parçacıkların deneysel ölçümler ile bağlantılı bir dördüncü benzer ödül oldu. Birisi zar zor sıradan madde ile etkileşime şey bu kadar ilgilenmeye neden sorusuna ilginizi çekebilir.

bu fani parçacıkları tespit edebilir olması, insan dehasıyla bir kanıtıdır. kuantum mekaniği, olasılık kurallarına yana, hemen hemen tüm nötrinoların Dünya'nın geçmesine rağmen, bazıları onunla etkileşimde bulunacak, biliyorum. Dedektör yeterince büyük boyutlu kayıtlı yeteneğine sahiptir.

bu tür ilk aygıt derin Güney Dakota bir madende, altmışlı yıllarda inşa edilmiştir. Mil 400 bin. L temizleme sıvısı ile doldurulmuştur. Ortalama bir tanecik nötrinonun üzerinde her gün argon dönüştürerek, bir klor atomu ile etkileşime girer. İnanılmaz, dedektör sorumluydu Raymond Davis, birden fazla argon atomları tespiti için bir yöntem icat ve dört yıl sonra, 2002 yılında, bu şaşırtıcı mühendislik feat Nobel Ödülü verilmiştir.

yeni astronomi

nötrinolar yüzden zayıf etkileşim nedeniyle, onlar büyük mesafeler kat edebilir. Onlar bize başka türlü gördüğümüz asla yerlere bir kesit sunmak. Nötrinolar Güneşin kalbindeki gerçekleşti nükleer reaksiyonlar sonucunda oluşan Davis, tespit ve diğer madde ile etkileşime girmeyen sırf bu inanılmaz yoğun ve sıcak koltuğunu terk başardık. Hatta Dünya'dan daha bir yüz bin ışık yılı uzaklıkta patlatılmış yıldızın merkezinden yayılan nötrinolar algılayabilir.

Ayrıca, bu parçacıklar mümkün Cenevre'deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı içine bakmak hangi olanlar çok daha küçük olan çok küçük ölçekli evreni gözlemlemek yapmak, keşfedilen Higgs bozonu. Bu Nobel Komitesi Başka tipte nötrinosunun keşfi için ödül Nobel ödülünü verdi bu nedenle içindir.

gizemli sıkıntısı

Ray Davis güneş nötrinyoları gözlenen, o beklenen miktarın sadece üçte bulundu. Çoğu fizikçiler Bunun nedeni Güneşin astrofizik ilgili bilgi yetersizliği olduğuna inanıyoruz: belki toprak altı modeli olan nötrinoya üretilen miktar abartmış parladı. Bununla birlikte, uzun yıllardır, güneş modeller geliştirdik sonra bile açığı kalmıştır. Fizikçiler başka olasılığına dikkat ödemiş: Sorun, bu parçacıkların bizim algı ile ilgili olabilir. teoriye göre, o zaman kilo yoktu galip geldi. Ancak bazı fizikçiler aslında parçacıkların bir sonsuzküçük kütleye sahip olduğunu iddia etmiş ve bu kitle yapmadıkları için nedeni oldu.

Üç Kaplı partikül

nötrino salınımları teorisine göre, doğada, bunlardan üç farklı türleri vardır. bir tanecik kütlesi halinde hareket ederken, başka bir türden gelen geçebilir. Üç tip - elektronlar, Müonların ve tau - madde ile etkileşim içinde karşılık gelen yüklü parçacık (elektron ve Müon tau leptonların) dönüştürülebilir. "Salınım" kuantum mekaniği kaynaklanmaktadır. nötrino tipi sabit değildir. Bu zaman içinde değişir. Bir e-posta olarak varlığını başladı Nötrinolar, o zamanlar bir müon dönüşebilir ve edebilirsiniz. Böylece yer yolunda, güneş çekirdeğinde oluşturulan bir tanecik, periyodik müon nötron ve tersi dönüştürülebilir. Davis dedektör argon klor bir nükleer transmutasyonu yol açabilecek tek elektron nötrino, tespit olabilir olduğundan, eksik nötrino diğer türleri dönüştü mümkün görünüyordu. (Bu nötrinolar güneş içeride değil, Dünya'ya yolda salınacak çıkıyor).

Kanadalı deney

Bunu test etmenin tek yolu nötrino her üç tür için çalışmış bir dedektör yaratmaktı. Ontario Queen Üniversitesi 90'lı Arthur McDonald başlayarak o Sudbury, Ontario bir madende gerçekleştirilir takımı, açtı. Kurulum Kanada Hükümeti tarafından bir kredi sağladı, ağır tonlarca su içerir. Ağır su nadirdir, ama bir proton ihtiva eden hidrojen, bir proton ve bir nötron ihtiva onun ağır izotop döteryum ile değiştirildiği, buradaki su, doğal olarak oluşan bir biçimidir. Kanada hükümeti, m ağır su stokluyorduk. K. Bu nükleer reaktörde bir soğutucu olarak kullanılır. nötrino Her üç tip proton ve nötronları, sayılmış sonra nötronları ve oluşturmak için döteryum yok edebilir. Dedektör Davis ile karşılaştırıldığında yaklaşık üç kat sayı kayıtlı - En iyi Güneş modelini tahmin tam miktarı. Bu elektron Nötrinolar diğer tipler, salınım düşündürmektedir.

Japon deney

Aynı zaman zarfında, Tokyo Üniversitesi'nden Takaaki Kadzita başka dikkat çekici bir deney gerçekleştirdi. Japonya'da şaft monte Bir dedektör nötrinolar güneşin içeriden değil geliyordu ve üst atmosferden kaydedildi. atmosfer kozmik ışınların proton çarpışmalarda Muon Nötrinoların dahil olmak üzere diğer parçacıkların duş oluşur. maden onlar muonlar içindeki hidrojen atomu çekirdeklerinin dönüştürülür. Dedektör Kadzity parçacıklar iki yönde gelen görebiliyordu. Başkaları alttan hareket ederken bazıları atmosferden gelen, yukarıda düştü. parçacıkların sayısı farklı doğaları gereği söz ettiklerine farklı - onların titreşimli döngüsündeki farklı noktalarda idi.

Bilimde devrim

Her şey egzotik ve şaşırtıcı, ama neden nötrino salınımları ve kitle bu kadar ilgi çekmek var? Nedeni basit. Doğru hızlandırıcıları ve diğer deneylerde tüm diğer gözlemleri açıklar yirminci yüzyılın son elli yılda geliştirilen temel parçacık fiziğinin standart modelinde ise, nötrinolar kütlesiz idi. nötrino kütlesinin keşif şeylerin eksik olduğunu gösterir. Standart Model tamamlanmadı. Henüz keşfedilmeyi unsurları Eksik - Büyük Hadron Çarpıştırıcısı veya diğer yardımıyla, henüz sanal makine oluşturmadı.