Neutrino ширхэгийн: тодорхойлолт, шинж чанар, тодорхойлолт. neutrino oscillations - энэ нь ...

Neutrino - электроны маш төстэй, гэхдээ энэ нь ямар ч цахилгаан цэнэг байдаг бага тоосонцор. Энэ нь маш бага масс, тэр ч байтугай тэг байж болох юм байна. neutrino массын эхлэн хурд шалтгаална. ирэх ба ширхэгийн цацрагийн цагт ялгаа 0,0006% (± 0,0012%) байна. 2011 онд энэ нь хурд гэрлийн нейтрино хурдыг давсан OPERA туршилтын үеэр байгуулагдсан боловч энэ туршлага бие даасан батлагдсан байна.

зайлсхийсэн хэсгүүд

Энэ ертөнцийн хамгийн түгээмэл хэсгүүдийн нэг юм. Энэ асуудал нь маш бага харилцан тул илрүүлэхэд маш хэцүү байдаг. Электронууд ба нейтрино хүчтэй цөмийн хүчин оролцох бус, харин сул дорой байгаа нь адил оролцоно. Ийм шинж чанар бүхий хэсгүүд leptons гэж нэрлэдэг. электроны (positron болон antiparticle) гадна цэнэглэгдсэн leptons muon (200 электрон жин), Tau (3500 электрон масс), тэдний antiparticle гэж нэрлэдэг. Тэд гэж нэрлэдэг байна: электрон, muon болон Tau нейтрино. Тэдний бүр antineutrino гэж нэрлэдэг antimaterial бүрэлдэхүүн хэсэг байна.

Muon болон Tau нь электроны шиг, дагалдах хэсгүүд байдаг. Энэ нь muon болон Tau нейтрино. өөр хоорондоо өөр өөр хэсгүүд нь гурван төрлийн. Жишээ нь, muon нейтрино зорилт харилцан үед тэд үргэлж muons, хэзээ ч Tau буюу электрон гаргаж байна. ширхэгүүд урвалд, электрон болон электрон нейтрино бий болж бас устаж байдаг ч, тэдгээрийн нийлбэр өөрчлөгдөхгүй хэвээр байна. Энэ баримт нь гурван төрлийн тус бүр нь цэнэгтэй leptons болон дагалдах neutrino эзэмшиж болгон салгах leptons хүргэдэг.

Энэ тоосонцор нь маш том, өндөр мэдрэмжтэй хайгч шаардлагатай илрүүлэх. Дүрэм, бага эрчим хүч нейтрино адил асуудал нь харилцан олон гэрлийн жилийн турш аялах болно. Иймээс тэдний бүхий л газрын доорх туршилт бүртгэгч боломжийн хэмжээ харилцан жижиг фракцийн хэмжилт дээр тулгуурладаг. Жишээ нь, neutrino одон Садбюригийн дахь секундэд 1012 нарны нейтрино тухай детектор замаар хүнд ус нь 1000 тонн агуулсан дамжуулдаг. Тэгээд зөвхөн 30 өдөрт олдлоо.

нээлт түүх

Вольфганг Pauli Эхний хэсгүүдийн оршин 1930 онд тэр үед, дурьдсан асуудал байсан энэ нь эрчим хүч, өнцгийн эрч бета задрал хадгалагдаж байна гэж санагдсан юм. Харин Pauli төвийг сахисан, хэсгүүдийг харилцан нейтрино тэнд ялгарсан байгаа бол болохыг сануулъя эрчим хүчний хэмнэлтийн тухай хууль ажиглагдаж болно. 1934 онд Италийн физикч Энрико Fermi бета задрал онолыг боловсруулж, түүний бөөмийн нэрийг өгсөн юм.

20 жилийн турш бүх таамаглал байгаа ч нейтрино улмаас өөрийн нь туршилтаар илрүүлж чадахгүй байгаа сул харилцан үйлчлэлийн асуудал байна. хэсгүүд цахилгаан цэнэгтэй байдаг тул, цахилгаан соронзон хүч үйлдэл биш, мөн тиймийн тул, тэд бодисын иончлолын хүргэж байна. Нэмж хэлэхэд, тэд зөвхөн сул харилцан үйлчлэл бага хүчин дамжуулан бодистой урвалд орно. Тиймийн тул, тэд ямар ч хариу учруулахгүйгээр атомууд нь асар олон тооны дамжин өнгөрөх хүчин чадалтай хамгийн нэвт атомаас жижиг хэсгүүд юм. Зөвхөн 1 Эдгээр ширхэгүүд Дэлхийн диаметртэй тэнцүү зайд өөр даавуунд замаар явж 10 тэрбум, протон болон нейтрон урвалд ордог.

Эцэст нь хэлэхэд, 1956 онд Фредерик Reines удирдуулсан Америкийн физикчид бүлэг, мэдээлсэн электрон antineutrino нь нээлт. туршилт онд Ялгарч буй цөмийн реактор нь протон нь урвалд, нейтрон болон positrons бүрдүүлэх antineutrinos. дайвар бүтээгдэхүүн сүүлийн өвөрмөц (ховор) эрчим хүчний гарын үсэг бөөмийн оршин тогтнох баталгаа юм.

muon - Хоёр дахь төрөл нейтрино дараагийн тодорхойлох эхлэх цэг төлбөр leptons muons Нээлтийн байна. Тэдний тодорхойлох нь бөөмийн хурдасгуур нь туршилтын үр дүнгийн үндсэн дээр 1962 онд хийсэн. Өндөр эрчим хүчний muons муудах нейтрино PI-mesons үүссэн бөгөөд энэ нь бодис нь тэдний урвал шалгах боломжтой байсан учраас детектор чиглэсэн. Тэд бус реактив, түүнчлэн тоосонцор нь бусад төрлийн байдаг хэдий ч энэ нь ховор тохиолдолд тэдгээр нь протон болон нейтрон, muons, нейтрино muons урвалд орж байх үед нь тогтоогдсон боловч электронууд хэзээ ч үгүй. 1998 онд АНУ-ын физикчид Леон Ледерман, Мелвин Schwartz болон Dzhek Shteynberger muon-нейтрино тодорхойлох физикийн салбарт Нобелийн шагнал хүртсэн юм.

Tau - дунд 1970-аад онд neutrino физикийн цэнэглэгдсэн leptons өөр төрлийн өссөн байна. Tau-neutrino болон Tau-antineutrinos энэ гурав дахь төлбөр lepton холбоотой байв. 2000 онд National Accelerator лабораторийн физикчид. Энрико Fermi тоосонцор нь энэ төрлийн оршин эхний туршилтын нотлох баримт байна.

жин

нейтрино Бүх төрлийн масс цэнэглэгдсэн тэдний түншүүдийн хамаагүй бага байдаг байна. Жишээ нь, туршилт электрон-neutrino масс электрон жин, гурван сортын массын нийлбэрээс нь 0.002% -иас 0.48 EV-аас бага байх ёстой байх ёстой гэдгийг харуулж байна. олон жилийн турш бодол гэж бөөмийн масс ямар ч албадан онолын нотолгоо, тэр арга зам байх ёстой яагаад тэнд байсан хэдий ч тэг байна. Дараа нь 2002 онд, Садбюригийн Neutrino Observatory электрон нейтрино, нарны цөм цөмийн урвал аас ялгарах нь урт тэд түүгээр дамжин өнгөрөх шиг, түүний төрлийг өөрчлөх анхны шууд нотлох баримт олж авсан юм. Ийм "oscillations" neutrino хэсгүүдийн нэг буюу хэд хэдэн жижиг масстай байх боломжтой бол. Тэдний судалгаагаар дэлхийн агаар мандал дахь сансрын туяа харилцан мөн массын гэдгийг илтгэх боловч цаашид туршилт илүү үнэн зөв үүнийг тодорхойлох шаардлагатай байна.

эх үүсвэр

нейтрино Байгалийн нөөц - дэлхий, бага эрчим хүч электрон-antineutrino их урсгалын үед ялгардаг бөгөөд дотор элемент нь цацраг идэвхт задралын. Хэт шинэ одны мөн advantageously үзэгдэл, neutrino эдгээр хэсгүүд нь зөвхөн нурж од онд байгуулагдсан hyperdense материалыг нэвтэрч болно оноос хойш байх; Зөвхөн эрчим хүчний жижиг хэсэг гэрэл болон хувирч байна. онд байгуулагдсан эрчим хүчний нейтрино - Тооцоо нарны эрчим хүчний тухай 2% гэдгийг харуулах thermonuclear дагавраас Fusion. Энэ нь орчлон ертөнцийн харанхуй бодисын хамгийн Big Bang үед үйлдвэрлэсэн нейтрино хүртэл хийсэн байна гэсэн үг юм.

физикийн асуудлууд

Газар astrophysics neutrino холбоотой, янз бүрийн, хурдацтай хөгжиж буй. туршилтын болон онолын хүчин чармайлт маш олон тооны татах Одоогийн асуудлууд, Үүнд:

• өөр өөр neutrino масс нь юу вэ?
• Big Bang сансар судлал нь хэрхэн нөлөөлөх вэ?
• Тэд oscillate?
• Тэд асуудлыг, орон зайн замаар явах гэж чадах neutrino нэг төрөл нь өөр болж хувирна?
• нейтрино тэдний antiparticles үндсээрээ ялгаатай байна уу?
• Хэрхэн Supernova бүрдүүлэх нурж Stars?
• сансар судлал-д нейтрино үүрэг гэж юу вэ?

Ялангуяа ашиг сонирхлын эртний асуудлуудын нэг гэж нэрлэгддэг нарны neutrino асуудал юм. Энэ нэр нь сүүлийн 30 жилд явуулсан хэд хэдэн газрын туршилт үед үргэлж наранд цацрагийн эрчим хүч үйлдвэрлэхэд зайлшгүй шаардлагатай илүү хэсгүүд бага ажиглагдсан гэдгийг илэрхийлдэг. Нэг нь аль шийдэл нь, өөрөөр хэлбэл савладаг юм. E. дэлхийд аяллын үеэр muon эсвэл Tau нь электрон нейтрино нь өөрчлөлт. Тиймээс бага эрчим хүч muon эсвэл Tau нейтрино хэр их илүү хэцүү хэмжих, шилжилтийн энэ төрлийн яагаад бид Дэлхий дээр хэсгүүд баруун хэмжээг олж харахгүй байна тайлбарлах болно.

Дөрөв дэх Нобелийн шагналт

Физикийн 2015 оны Нобелийн шагналтан neutrino массын илрүүлэх Takaaki Kaji болон Артур Макдональд хүртсэн. Энэ нь эдгээр хэсгүүд туршилтын хэмжилт холбоотой дөрөв дэх ижил шагнал байсан юм. Хэн нэгэн бид яагаад бараг энгийн асуудлаар харилцан зүйлийн талаар маш их анхаарал халамж хэрэгтэй асуудлыг сонирхож байж болох юм.

Бид эдгээр зуурын тоосонцор илрүүлж болно баримт, хүний ухаан нь гэрээслэл юм. квант механикийн, магадлалт дүрэм хойш бид бараг бүх нейтрино нь дэлхий дамжин өнгөрч байгаа хэдий ч, тэдний зарим Хэрэв харилцаж болно гэдгийг би мэднэ. илрүүлэгч хангалттай том хэмжээтэй бүртгэгдсэн чадвартай байдаг.

Эхний ийм төхөөрөмж гүн Өмнөд Дакотагийн нь уурхайд, жараад онд баригдсан. босоо 400 мянган. L цэвэрлэх шингэний дүүрэн байлаа. дундаж нэг ширхэгийн neutrino-нд өдөр тутмын аргон болгон хувиргах, хлор нь атом нь харилцаж. Хачирхалтай нь, Рэймонд Дэвис, детектор хариуцаж байсан, олон аргон атомын илрүүлэх аргыг зохион бүтээсэн, дөрвөн жилийн дараа, 2002 онд энэ гайхалтай инженерийн дахинаа тэр Нобелийн шагнал хүртсэн.

шинэ одон орон

нейтрино маш сул харилцан Учир нь тэд маш их хол явах болно. Тэд бидэнд бол бид хэзээ ч харж байсан газар руу зэрвэс өгч байна. Нейтрино нар зүрхэнд болсон цөмийн урвалын үр дүнд байгуулагдсан Davis, илэрсэн бөгөөд тэд бусад асуудлаар харилцан байхгүй бол зүгээр л учир нь энэ маш өтгөн, халуун суудлыг орхиж чадсан юм. Та ч гэсэн дэлхийгээс гаруй зуун мянган гэрлийн жилийн зайд нь дэлбэрчээ од төвөөс ялгарах нейтрино илрүүлж болно.

Үүнээс гадна, эдгээр хэсгүүд боломжтой бөгөөд тэдгээр Женев хотод Том Hadron Collider руу харж чадахаас илүү их бага нь маш бага хэмжээнд ертөнцийг, ажиглах хийж, илэрсэн Хиггс бозон. Энэ нь Нобелийн хороо өөр төрлийн neutrino нээсэн Нобелийн шагнал шагналыг шийдсэн энэ шалтгааны улмаас юм.

нууцлаг хомсдол

Ray Davis нарны нейтрино ажиглаж байхдаа хүлээгдэж буй тоо хэмжээ зөвхөн гуравны нэгийг олжээ. Ихэнх физикчид Үүний шалтгаан нь нарны astrophysics муу мэдлэг юм гэж үзэж байна: магадгүй хэвлий загвар нь түүний neutrino үйлдвэрлэсэн хэмжээг хэтрүүлэн үнэлж гийж байв. Гэсэн хэдий ч, олон жилийн турш, нарны загвар нь сайжирсан дараа ч, алдагдал хэвээр байна. Физикчид Өөр нэг боломж нь анхаарч байна: асуудал нь эдгээр хэсгүүд нь бидний ойлголт холбоотой байж болох юм. онолын дагуу, дараа нь жин байхгүй байсан давамгайлж. Гэвч зарим физикчид үнэндээ хэсгүүд нь өчүүхэн масстай байна гэж үзэж, энэ масс дутмаг учир шалтгаан байсан юм байна.

Гурван тулгарч буй тоосонцор

neutrino oscillations онолын дагуу, байгаль, тэнд тэдний гурван өөр төрлийн байдаг. нь бөөмийн масс бол энэ нь хөдөлгөдөг шиг энэ нь нэг төрлийн дамжуулж болно гэсэн. Гурван төрлийн - электрон, muons болон Tau - бодистой харилцан дахь харгалзах ял бөөмийн (электрон болон muon Tau leptons) өөрчилж болно. "Хэлбэлзэл" квант механикийн холбоотой юм. neutrino төрөл тогтмол биш байна. Энэ нь цаг хугацааны явцад өөрчилдөг. Нейтрино, түүний оршин и-мэйл эхэлсэн буцааж дараа нь muon болгон хувиргаж чадна. Тиймээс дэлхийд замдаа, нарны цөм онд байгуулагдсан хэсгүүд, үе үе muon нейтрино болон эсрэгээр руу хөрвүүлэгдэх болно. Дэвис илрүүлэгч зөвхөн электрон-нейтрино, аргон дахь хлорын цөмийн transmutation хүргэж болох юм илрүүлж болох тул, энэ нь алга болсон neutrino бусад төрлийн хувирсан байж болох байлаа. (Энэ нь нейтрино нар дотор, мөн дэлхий хүрэх зам дээр биш oscillate гэж болж байна).

Канадын туршилт

Энэ тест нь цорын ганц арга нь нейтрино бүх гурван төрлийн ажиллаж байсан детектор бий болгох байсан юм. Онтарио дахь Хатан хааны их сургуулийн 90-ээд оны Артур McDonald оноос эхлэн тэрээр багийг, Садбури Онтарио мужийн уурхайд явуулж байна хүргэсэн. Суурилуулах Канадын Засгийн газраас зээл олгож, хүнд усыг тонн агуулдаг. Хүнд ус ховор ус аяндаа үүсэх хэлбэр, нэг протоны агуулсан устөрөгчийн түүний хүнд изотопын deuterium нь Протон ба нейтроны бүрдэнэ солигдсон байдаг, үүгээр юм, гэхдээ. Канадын Засгийн газар хүнд ус, м овоолох. K. Энэ нь цөмийн реактор нь тосол болгон ашиглаж байна. нейтрино бүх гурван төрлийн протон, нейтрон, нейтрон, дараа нь тоолж бүрдүүлэх deuterium устгаж болох юм. хамгийн сайн урьдчилан Sun загварыг яг хэмжээ - Илрүүлэгч Дэвис харьцуулахад-ий гурав дахин хэд хэдэн бүртгэгдсэн. Энэ нь электрон-нейтрино нь бусад төрлийн oscillate чадна гэдгийг харуулж байна.

Японы туршилт

Үүний зэрэгцээ орчим, Токиогийн их сургуулийн Takaaki Kadzita өөр нэг гайхалтай туршилт хийсэн. Япон дахь босоо д холбогдсон илрүүлэгч нейтрино нар дотор нь биш ирж, дээд агаар мандлаас бүртгэгдсэн байна. агаар мандал нь сансрын туяа протоны мөргөлдөөний бусад хэсгүүд, muon нейтрино зэрэг усанд үүсдэг байна. уурхай нь тэд muons онд устөрөгчийн бөөм болон хувирч байна. Илрүүлэгч Kadzity хоёр чиглэлд ирж буй хэсгүүд нь харж байлаа. Зарим нь дээрээс, бусад нь доороос хөдөлж байхад, агаар мандалд ирж буурсан байна. хэсгүүдийн тоо нь өөр өөр шинж чанартай тухай ярьсан гэж өөр өөр байсан юм - тэд өөрийн хэлбэлзэх мөчлөгийн өөр өөр цэгт байсан юм.

Шинжлэх ухааны хувьсгал

Энэ нь бүх чамин болон гэнэтийн, гэхдээ яагаад neutrino oscillations, хэвлэл маш их анхаарал татах юм бэ? шалтгаан нь энгийн. бага ширхэгийн физикийн стандарт загвар, хорьдугаар зууны зөв хурдасгагч болон бусад туршилт нь бусад бүх ажиглалтыг тайлбарлах сүүлийн тавин жилийн хугацаанд боловсруулсан нь нейтрино massless байх ёстой байсан юм. neutrino массын нээлт ямар нэг зүйл байхгүй байна гэдгийг харуулж байна. Стандарт загвар нь бүрэн биш юм. Сураггүй элементүүдийг хараахан олж болно - Том Hadron Collider буюу бусад тусламжтайгаар хараахан виртуал машиныг бүтээсэн байна.