Neutrino chembe: Ufafanuzi, mali, maelezo. Neutrino oscillations - ni ...

Neutrino - msingi chembe kwamba ni sawa na elektroni, lakini haina chaji ya umeme. Ina habari ndogo sana, ambayo inaweza hata kuwa sifuri. Kutoka wingi wa Neutrino inategemea kasi. tofauti katika muda wa kuwasili na chembe boriti ni 0,0006% (± 0,0012%). Katika mwaka wa 2011, ilikuwa imara wakati wa OPERA jaribio kasi unazidi kasi ya neutrinos mwanga, lakini uhuru wa uzoefu huu bado kuthibitishwa.

chembe ndoto

Hii ni moja ya chembe ya kawaida katika ulimwengu. Kwa kuwa kuingiliana kidogo sana na suala hilo, ni incredibly vigumu kugundua. Elektroni na neutrinos wala kushiriki katika nguvu ya nguvu za nyuklia, lakini kwa usawa kushiriki katika dhaifu. Chembe kuwa na tabia kama hiyo zinaitwa leptons. Mbali na elektroni (positron na antiparticle), inajulikana kushtakiwa leptons muon (200 elektroni wingi), tau (3500 elektroni wingi), na antiparticle yao. Wao ni kuitwa: elektroni, muon na tau neutrinos. Kila mmoja wao ana sehemu antimaterial, aitwaye antineutrino.

Muon na tau, kama elektroni, una chembe kuandamana. Ni muon na tau neutrinos. Aina tatu wa chembechembe tofauti na kila mmoja. Kwa mfano, wakati muon neutrinos kiutendaji na lengo, wao huleta muons na kamwe tau au elektroni. Katika majibu chembe, pamoja na kwamba elektroni na elektroni neutrinos ni kuundwa na kuharibiwa, mwisho wao bado kubadilika. Jambo hili husababisha leptons kujitenga katika makundi matatu, ambapo kila ana leptons chaji na Neutrino kuandamana.

Kuchunguza chembe hii required detectors kubwa sana na yenye nyeti. Kama kanuni, pamoja na neutrinos za nishati kusafiri kwa miaka mingi mwanga mwingiliano na suala hilo. Kwa sababu hiyo, majaribio yote ya ardhi nao wanategemea kipimo cha sehemu ndogo interacts na wasajili busara ukubwa. Kwa mfano, katika Neutrino uchunguzi Sudbury, zenye tani 1,000 za maji nzito itapita katika detector kuhusu 1012 neutrinos jua kwa sekunde. Na kupatikana 30 tu kwa siku.

Historia ya ugunduzi

Wolfgang Pauli kwanza ilidai kuwepo kwa chembe katika 1930. Wakati huo, kulikuwa na tatizo, kwa sababu ilionekana kwamba nishati na kasi angular si kuhifadhiwa katika kuoza beta. Lakini Pauli alisema kuwa kama kuna si inayozalishwa neutrinos kushirikiana neutral chembe, sheria ya uhifadhi wa nishati itakuwa aliona. Italia mwanafizikia Enrico Fermi 1934 maendeleo ya nadharia ya beta kuoza, akampa jina la chembe.

Pamoja utabiri wote kwa miaka 20, neutrinos hawezi kuwa wanaona kimajaribio kutokana na wake mwingiliano dhaifu na suala hilo. Kwa sababu chembe ni umeme kushtakiwa, hawana kutenda vikosi electromagnetic, na kwa hiyo, hawana sababu ionization za vileo. Zaidi ya hayo, wao kuguswa na dutu tu kwa udhaifu mwingiliano kidogo nguvu. Kwa hiyo, ni wengi hupenya subatomic chembe uwezo wa kupita kwa idadi kubwa ya chembe bila kusababisha mmenyuko yoyote. 1 tu kwa bilioni 10 wa chembechembe hizi kusafiri kwa njia ya kitambaa kwa umbali sawa na mduara wa Dunia, humenyuka na protons au nutroni.

Hatimaye, mwaka 1956 kundi la Fizikia Marekani, wakiongozwa na Frederick Reines The ugunduzi wa elektroni antineutrino. Katika tafiti ni antineutrinos kuipelekea Reactor nyuklia, Akijibu na protoni, na kutengeneza manane na positrons. Kipekee (na adimu) saini nishati ya mwisho kwa mazao mara uthibitisho wa kuwepo kwa chembe.

Ufunguzi kushtakiwa leptons muons mara kuanzia kwa ajili ya utambulisho wa baadae wa neutrinos Aina ya pili - muon. vitambulisho vyao ulifanyika mwaka 1962 kwa mujibu wa matokeo ya majaribio katika chembe accelerator. Juu ya nishati muons kuoza neutrinos lililoundwa na pi-mesons na kuelekezwa kwenye detector ili ina uwezo wa kuchunguza majibu yao na dutu. Licha ya ukweli kwamba wao ni si tendaji, pamoja na aina nyingine ya chembe, ilibainika kwamba mara chache wakati wao kuguswa na protons au manane, muons, muons neutrinos, lakini kamwe elektroni. Mwaka 1998, Fizikia American Leon Lederman, Melvin Schwartz na Dzhek Shteynberger zilitolewa Tuzo ya Nobel ya Fizikia kwa ajili ya kutambua muon-neutrinos.

Katikati ya miaka ya 1970, Neutrino fizikia alipata aina nyingine ya leptons kushtakiwa - tau. Tau-Neutrino na tau-antineutrinos vilihusishwa na kushtakiwa lepton hii ya tatu. Mwaka 2000, Fizikia katika National Accelerator Maabara. Enrico Fermi The kwanza ushahidi wa majaribio ya kuwepo kwa aina hii ya chembe.

uzito

Aina zote za neutrinos na habari, ambayo ni kidogo sana kuliko ile ya wenzao kushtakiwa. Kwa mfano, majaribio kuonyesha kwamba wingi wa elektroni-Neutrino lazima kiwe chini ya 0.002% ya elektroni molekuli na kiasi ya raia wa aina tatu Lazima iwe chini ya 0.48 eV. mawazo kwa miaka mingi kwamba wingi wa chembe ni sifuri, pamoja na kwamba kulikuwa hakuna kulazimisha nadharia ushahidi, kwa nini ni lazima iwe hivyo. Kisha, mwaka 2002, Sudbury Neutrino Observatory alikuwa kupatikana kwanza ushahidi wa moja kwa moja kwamba elektroni neutrinos unaotolewa na athari za nyuklia katika msingi wa jua, kwa muda mrefu kama wao kupita kwa njia hiyo, mabadiliko ya aina yake. Vile "oscillations" Neutrino inawezekana kama moja au zaidi ya chembe na umati ndogo. masomo yao mwingiliano wa miale katika anga ya dunia pia zinaonyesha kuwepo kwa wingi, lakini majaribio zaidi zinahitajika ili usahihi zaidi kufafanua.

vyanzo

vyanzo vya asili ya neutrinos - mionzi uharibifu wa mambo ya ndani ya ardhi, ambayo ni lilio katika mtiririko kubwa ya chini ya nishati ya elektroni-antineutrino. Supernovae pia advantageously Neutrino jambo, kwa kuwa chembe hizi zinaweza tu kupenya hyperdense nyenzo sumu katika nyota kuanguka, sehemu ndogo tu ya nishati inabadilishwa kuwa mwanga. Hesabu zinaonyesha kuwa karibu 2% ya nishati ya jua - neutrinos nishati sumu katika athari ya thermonuclear fusion. Kuna uwezekano kuwa zaidi ya jambo giza ya ulimwengu imeundwa neutrinos zinazozalishwa wakati Big Bang.

matatizo fizikia

Maeneo kuhusiana na Neutrino astrofysik, na tofauti na haraka kutoa. Matatizo ya sasa ya kwamba kuvutia idadi kubwa ya juhudi ya majaribio na nadharia, yafuatayo:

• ni tofauti Neutrino raia ni nini?
• Je, wao kuathiri Kosmolojia, Big Bang?
• wao bembea?
• Unaweza aina moja ya Neutrino zamu hadi nyingine kama wao kusafiri kwa njia ya maada na nafasi?
• Je neutrinos kimsingi tofauti na antiparticles yao?
• Jinsi Stars kuanguka na kuunda supernova?
• ni jukumu la neutrinos katika Kosmolojia nini?

Mojawapo ya matatizo ya muda mrefu ya riba hasa ni kile kinachoitwa nishati ya jua Neutrino tatizo. Jina hili hii ni kweli kwamba wakati wa majaribio kadhaa ya duniani uliofanywa katika kipindi cha miaka 30 iliyopita, daima kuzingatiwa chembe ndogo kuliko muhimu kuzalisha nishati kuipelekea na jua. Moja inawezekana ufumbuzi ni oscillation, yaani. E. mabadiliko ya neutrinos elektroni kwa muon au tau wakati wa ziara ya dunia. Hivyo ni kiasi gani ngumu zaidi ya kupima chini ya nishati muon au tau neutrinos, aina hii ya mabadiliko bila kueleza kwa nini hatuoni kiasi haki ya chembe duniani.

Nne Nobel

Tuzo ya Nobel ya Fizikia 2015 ilikuwa tuzo ya Takaaki Kaji na Arthur MacDonald kwa uchunguzi wa Neutrino molekuli. Hii ilikuwa ni ya nne sawa tuzo yanayohusiana na vipimo majaribio wa chembechembe hizo. Mtu anaweza kuwa na nia ya suala la kwa nini sisi huduma sana juu ya kitu ambacho vigumu kuingiliana na jambo kawaida.

ukweli kwamba sisi inaweza kuchunguza chembe hizi za muda mfupi, ni ushahidi wa binadamu ingenuity. Kwa kuwa sheria za quantum mechanics, kubahatisha, tunajua kuwa, pamoja na ukweli kwamba karibu wote wa neutrinos kupita katika Dunia, baadhi yao itakuwa ikihusiana na hayo. detector ina uwezo wa kutosha ukubwa kubwa imesajiliwa.

kwanza kifaa kama ilijengwa katika miaka ya sitini, ndani ya mgodi katika South Dakota. shimo ikajaa 400 elfu. L kusafisha maji. Kwa wastani moja chembe Neutrino siku kuingiliana na chembe ya klorini, kuwabadili ndani ya Argon. Incredibly, Raymond Davis, ambaye alikuwa na jukumu la detector, zuliwa mbinu kwa ajili ya kugundua chembe nyingi Argon, na miongo minne baadaye, mwaka 2002, kwa ajili ya hii ya uhandisi feat ajabu alipokea Tuzo ya Nobel.

unajimu mpya

Kwa sababu neutrinos kiutendaji hivyo weakly, wanaweza kusafiri umbali mkubwa. Wao kutupatia glimpse katika maeneo ambayo vinginevyo sisi kamwe kuwa kuonekana. Neutrinos wanaona Davis, sumu kama matokeo ya athari za nyuklia yaliyofanyika katika moyo wa jua, na walikuwa na uwezo wa kuacha hii incredibly mnene na moto kiti kwa sababu tu hawana kuingiliana na mambo mengine. Unaweza hata kuchunguza neutrinos lilio kutoka katikati ya nyota ulilipuka katika umbali wa zaidi ya laki moja mwanga-miaka kutoka duniani.

Aidha, chembe hizi kufanya hivyo inawezekana kwa kuchunguza ulimwengu katika wadogo wake ndogo sana, ndogo sana kuliko wale ambao unaweza kuangalia katika Kubwa Hadron Collider mjini Geneva, aligundua Higgs boson. Ni kwa sababu hii kwamba Kamati ya Nobel iliamua tuzo ya Nobel ya ugunduzi wa Neutrino ya aina nyingine.

uhaba siri

Wakati Ray Davis aliona neutrinos nishati ya jua, alimkuta tu ya tatu ya wingi ilivyotarajiwa. Fizikia wengi wanaamini kuwa sababu ya hii ni elimu duni ya astrofysik ya Sun: labda aa gumu mfano overestimated kiasi zinazozalishwa katika Neutrino yake. Hata hivyo, kwa miaka mingi, hata baada ya mifano ya nishati ya jua na kuboreshwa, upungufu bado. Fizikia na msisitizo uwezekano mwingine: tatizo inaweza kuwa kuhusiana na mtazamo wetu wa chembe hizo. Kwa mujibu wa nadharia, basi walishinda hawakuwa na uzito. Lakini baadhi ya Fizikia wamesema kwamba kwa kweli chembe na umati infinitesimal, na habari hii ilikuwa sababu ya ukosefu wao.

Tatu-Faced chembe

Kwa mujibu wa nadharia ya oscillations Neutrino, katika asili, kuna aina tatu tofauti ya yao. Kama chembe ina umbo, kwamba kama hatua inaweza kupita kutoka aina moja hadi nyingine. Aina tatu - elektroni, muons na tau - katika mwingiliano na dutu inaweza kubadilishwa kuwa sambamba chembe kushtakiwa (elektroni na muon tau leptons). "Oscillation" ni kutokana na quantum mechanics. Neutrino aina si mara kwa mara. Ni mabadiliko ya muda. Neutrinos, ambao ulianza kuwepo kwake kama barua pepe, unaweza kurejea katika muon, na kisha nyuma. Hivyo, chembe, sumu katika msingi wa jua, juu ya njia ya dunia inaweza mara kwa mara kuongoka katika neutrinos muon na kinyume chake. Kwa kuwa Davis detector inaweza kuchunguza tu elektroni-neutrinos, ambayo inaweza kusababisha transmutation nyuklia ya klorini katika Argon, ilionekana inawezekana kwamba Neutrino kukosa akageuka katika aina nyingine. (Ni zinageuka kuwa neutrinos bembea ndani Sun, na sio njia ya dunia).

majaribio ya Canada

njia pekee ya mtihani huu ni kujenga detector kwamba kazi kwa ajili ya aina zote tatu za neutrinos. Kuanzia miaka ya 90 Arthur McDonald wa Chuo Kikuu Malkia katika Ontario, aliongoza timu, ambayo ni kufanyika katika mgodi katika Sudbury, Ontario. Ufungaji lina tani ya maji nzito, mradi mkopo na Serikali ya Canada. maji Heavy ni nadra, lakini asili zinazotokea fomu ya maji, ambapo hidrojeni zenye protoni moja ni kubadilishwa kwa isotopu deuterium yake nzito, ambayo inajumuisha protoni na nutroni. serikali ya Canada stockpiled maji nzito, m. K. Ni kutumika kama coolant katika mtambo wa nyuklia. Aina zote tatu za neutrinos inaweza kuharibu deuterium kuunda protoni, nyutroni, nyutroni na kisha kuhesabiwa. Detector amesajiliwa kuhusu mara tatu ya idadi ikilinganishwa na Davis - kabisa na kiasi kwamba bora alitabiri mifano Sun. Hii inaonyesha kwamba elektroni-neutrinos unaweza bembea katika aina yake nyingine.

majaribio Kijapani

Wakati huo huo, Takaaki Kadzita kutoka Chuo Kikuu cha Tokyo uliofanywa majaribio ya mwingine ajabu. detector vyema katika shimo katika Japan kumbukumbu neutrinos kuja si kutoka ndani ya jua, na kutoka kwenye anga ya juu. Katika protoni migongano ya miale yenye mazingira hutengenezwa kuoga chembe nyingine, pamoja na neutrinos muon. Katika mgodi wao ni waongofu na viini hidrojeni katika muons. Detector Kadzity kuona chembe kuja katika pande mbili. Baadhi akaanguka kutoka juu, kuja kutoka anga, wakati wengine ni kuhama kutoka chini. idadi ya chembe ilikuwa tofauti, ambayo alizungumza kuhusu asili yake tofauti - walikuwa katika maeneo mbalimbali katika oscillatory mzunguko wake.

Mapinduzi katika Sayansi

Yote ni oscillations kigeni na ya kushangaza, lakini kwa nini Neutrino na wingi kuvutia kiasi hicho? Sababu ni rahisi. Katika mfano hali ya msingi chembe fizikia, maendeleo zaidi ya miaka hamsini ya karne ya ishirini, ambayo kwa usahihi inaeleza uchunguzi mengine yote katika accelerators na majaribio mengine, neutrinos walikuwa kuwa massless. ugunduzi wa Neutrino molekuli inaonyesha kuwa kitu ni kukosa. Standard Model haijakamilika. Kukosa mambo bado hazijagunduliwa - kwa msaada wa Large Hadron Collider au nyingine, bado hajaunda mashine virtual.