Neutrino hiukkanen: määritelmä, ominaisuudet, kuvaus. neutriino heilahdukset - se ...

Neutriino - peruskoulun hiukkanen, joka on hyvin samankaltainen kuin elektronin, mutta sillä ei ole sähkövarausta. Se on erittäin pieni massa, joka voi olla jopa nolla. Massasta neutriinoteleskooppi riippuu nopeudesta. Ero saapumisaika ja hiukkasten säde on 0,0006% (± 0,0012%). Vuonna 2011 aikana todettiin OPERA kokeilu, että nopeus ylittää valon nopeudella neutriinoja, mutta riippumaton tästä kokemuksesta ei ole vahvistanut.

Vaikeasti hiukkanen

Tämä on yksi yleisimmistä hiukkaset maailmankaikkeudessa. Koska se on vuorovaikutuksessa hyvin vähän materiaan, se on uskomattoman vaikea havaita. Elektronit ja neutriinot eivät osallistu vahva ydinaseita, mutta yhtä osallistua heikko. Hiukkasia, joilla on tällaisia ominaisuuksia kutsutaan leptonit. Lisäksi elektroni (positronin ja antihiukkanen), viittasi ladattu leptonit muon (200 elektronin massa), tau (3500 elektronin massa), ja niiden antihiukkanen. Niitä kutsutaan: elektroni, muon ja tau neutriinot. Jokainen niistä on antimaterial komponentti, kutsutaan antineutriino.

Muon ja tau, kuten elektroneja, on mukana hiukkasia. Se muon ja tau neutriinot. Kolmenlaisia hiukkasia eroavat toisistaan. Esimerkiksi kun muon neutriinot vuorovaikuttavat tavoite, ne aina tuottavat myonit eikä koskaan tau tai elektroneja. Reaktiossa partikkelien, vaikka elektronien ja elektronin neutriinoja syntyy ja häviää, ja niiden summa pysyy muuttumattomana. Tämä seikka johtaa siihen, että erottaminen leptonit kolmeen ryhmään, joista kukin hallussaan ladattu leptonit ja oheisiin neutrino.

Havaita tämä hiukkanen tarvitaan erittäin suuri ja erittäin herkkä ilmaisimet. Pääsääntöisesti vähän energiaa neutriinot matkustaa monta valovuotta vuorovaikutusta asiaa. Näin ollen kaikki maa kokeilee niitä luottaa mittaamiseen pieni osa, joka on yhteydessä rekisterinpitäjät kohtuullisen kokoisia. Esimerkiksi neutriinon observatorio Sudbury, joka sisälsi 1000 tonnia raskasta vesi kulkee ilmaisimen noin 1012 auringon neutriinoja sekunnissa. Ja löysi vain 30 päivässä.

Historia löytö

Wolfgang Pauli ensimmäinen oletettu olemassaolo hiukkasten 1930. Tuolloin oli ongelma, koska näytti siltä, että energia- ja kulmaliikemäärän ei tallennettu beetahajoaminen. Mutta Pauli huomautti, että jos ei ole vapautuu neutriinoja vuorovaikutuksessa neutraalin hiukkasen energiansäästöä lakia havaitaan. Italialainen fyysikko Enrico Fermi vuonna 1934 kehitti teorian beetahajoaminen, ja antoi hänelle nimen hiukkasen.

Vaikka kaikki ennustukset 20 vuotta, neutriinot ei voida havaita kokeellisesti, koska sen heikon vuorovaikutuksen aineen kanssa. Koska hiukkaset ovat sähköisesti varattuja, ne eivät toimi sähkömagneettisia voimia, ja sen vuoksi ne eivät aiheuta ionisaatio aineen. Lisäksi ne reagoivat ainetta vain heikkoja vuorovaikutuksia hieman voimaa. Näin ollen, ne ovat kaikkein läpitunkeva atomia pienemmät hiukkaset kykenee läpäisemään valtava määrä atomeja aiheuttamatta reaktio. Vain 1-10 miljardia Näiden hiukkasten läpi kulkevan kankaan etäisyyttä, joka on halkaisija maapallon, reagoi protoneja tai neutroneja.

Lopuksi, 1956 ryhmä American henkilöstöpohjan, johti Frederick Reines raportoitu löytö elektronin antineutriino. Kokeissa antineutrinos säteilyteho ydinreaktori, reagoimaan protonin kanssa muodostaen neutroneja ja positroneja. Yksilöllinen (ja harvinainen) energia allekirjoitukset jälkimmäisen sivutuotteiden oli todiste hiukkasen.

Avaamalla veloitetaan leptoneiden myonit oli lähtökohtana myöhempää tunnistamista toisen tyypin neutriinoja - muon. Niiden tunnistamiseksi suoritettiin 1962 perusteella tulokset kokeilu hiukkaskiihdyttimeen. Korkean energian myonit rappeutuminen neutriinot muodostettu pi-mesons ja ohjataan detektoriin siten, että oli mahdollista tutkia niiden reaktio aineen kanssa. Huolimatta siitä, että ne ovat ei-reaktiivisia, sekä muun tyyppisiä hiukkasia, havaittiin, että niissä harvoissa tapauksissa, kun ne reagoivat protoneja tai neutroneja, myonit, neutriinoja myonit, mutta ei koskaan elektroneja. Vuonna 1998 amerikkalainen fyysikot Leon Lederman, Melvin Schwartz ja Dzhek Shteynberger myönnettiin Nobelin fysiikan tunnistamiseksi muon-neutriinoja.

Vuonna 1970-luvun puolivälissä, neutriinoteleskooppi fysiikka sai toisenlaisen veloitetaan leptonit - tau. Tau-neutriino ja tau-antineutrinos liittyi tämän kolmannen ladattu leptoni. Vuonna 2000 fyysikot National Accelerator Laboratory. Enrico Fermi raportoitu ensimmäinen kokeellinen todiste tämäntyyppisen hiukkasia.

paino

Kaikki tyypit neutriinoja on massa, joka on paljon pienempi kuin niiden kumppaneiden ladattu. Esimerkiksi kokeet osoittavat, että massa elektroneja neutriinon on oltava alle 0,002% elektronin massa ja summa massojen kolme lajiketta tulisi olla pienempi kuin 0,48 eV. Ajatus monta vuotta, että hiukkasen massa on nolla, vaikka ei ollut mitään pakottavaa teoreettisia todisteista, miksi se pitäisi olla. Sitten, vuonna 2002, Sudbury Neutrino seurantapalvelu saatiin ensimmäinen suora todiste, että elektronin neutriinoja lähettämä ydinreaktioiden ydin aurinko, niin kauan kuin ne kulkevat sen läpi, muuttaa sen tyyppi. Kuten "värähtelyt" neutrino mahdollista, jos yksi tai useampi partikkeleista on pieni massa. Opintonsa vuorovaikutusta kosmisten säteiden Maan ilmakehään myös ilmaisemaan massasta, mutta lisäkokeita tarvitaan tarkemmin määritellä sitä.

lähteet

Luonnollisista lähteistä neutriinoja - radioaktiivisen hajoamisen elementtien sisällä maa, joka emittoidaan suuri virtaus matalan energian elektroni-antineutriino. Supernovina ovat myös edullisesti Neutrino ilmiö, koska nämä hiukkaset voivat ainoastaan läpäistä hyperdense materiaalia, joka on muodostettu romahtaa tähden; vain pieni osa energiasta muuttuu valoa. Laskelmat osoittavat, että noin 2% aurinkoenergian - energiaa neutriinot muodostettu reaktioissa lämpöydin fuusio. On todennäköistä, että suurin osa pimeän aineen maailmankaikkeuden koostuu neutriinot tuotettu alkuräjähdyksen.

fysiikan ongelmia

Aloilla, jotka liittyvät Neutrino dynamiikka, ja monipuolinen ja nopeasti kehittyvä. Ajankohtaiset asiat, jotka houkuttelevat suuren määrän kokeellisia ja teoreettisia pyrkimyksiä, seuraavasti:

• Mitä eri neutriinon massat?
• Miten ne vaikuttavat kosmologia, alkuräjähdyksen?
• ne värähtelevät?
• Voiko yksi tyyppi neutriino kääntyy toiseen, koska ne kulkevat aineen ja tilaa?
• Ovat neutriinot olennaisesti erilainen kuin heidän antihiukkasia?
• Tähtien romahtaa muodostaen supernova?
• Mikä rooli neutriinoja kosmologian?

Yksi pitkäaikaisista ongelmista erityisen kiinnostava on ns aurinko neutriino ongelma. Tämä nimi viittaa siihen, että usean maanpäällisen kokeita kuluneiden 30 vuosi, jatkuvasti havaittu pienempien hiukkasten tuottamiseen tarvittavasta säteilemän aurinko. Yksi mahdollinen ratkaisu on värähtely, eli. E. muutos elektronin neutriinoja ja muon tai tau matkan aikana maahan. Niin kuinka paljon vaikeampi mitata matalaenergia- muon tai taun neutriinoja, tällainen muutos selittää, miksi emme näe oikean määrän hiukkasia maapallolla.

Neljäs Nobelin

Nobelin fysiikan palkinnon 2015 sai Takaaki Kaji ja Arthur MacDonald havaitsemiseksi neutriinoteleskooppi massasta. Tämä oli neljäs samanlainen palkinnon liittyvät kokeelliset tulokset näistä hiukkasista. Joku voi olla kiinnostunut kysymys, miksi meidän pitäisi juuri piittaa jotain tuskin vuorovaikutuksessa tavallisen aineen.

Se, että voimme tunnistaa nämä lyhytaikainen hiukkasia, on osoitus ihmisen kekseliäisyys. Koska säännöt kvanttimekaniikka todennäköisyyspohjainen tiedämme, että huolimatta siitä, että lähes kaikki neutriinot kulkevat maapallon, jotkut niistä ovat vuorovaikutuksessa sen kanssa. Ilmaisin kykenee riittävän suuri koko on rekisteröity.

Ensimmäinen tällainen laite on rakennettu kuusikymmentäluvun, syvällä kaivoksessa Etelä-Dakotassa. Akseli täytettiin 400000. L puhdistusneste. Keskimäärin yhden hiukkasen neutrino päivittäin vuorovaikutuksessa atomin klooria, muuntamalla se argonilla. Uskomattoman, Raymond Davis, joka oli vastuussa ilmaisimen, keksi menetelmäksi useiden argonatomien, ja neljä vuotta myöhemmin, vuonna 2002, tästä mahtavasta engineering saavutus hänelle myönnettiin Nobelin.

uusi tähtitiede

Koska neutriinot vuorovaikuttavat niin heikosti, he voivat matkustaa pitkiä matkoja. Ne antavat meille kurkistuksen paikkoihin, muuten emme olisi koskaan nähneet. Neutriinoja havaittu Davis, muodostuu tuloksena ydinreaktioiden joka tapahtui keskellä auringon ja pystyi jättämään tämän uskomattoman tiivis ja kuuma istuin vain koska ne eivät ole vuorovaikutuksessa muiden asiaa. Voit jopa havaita neutriinoja säteilevä keskustasta räjäytetty tähti etäisyydellä yli satatuhatta valovuoden päässä Maasta.

Lisäksi nämä hiukkaset mahdollistavat tarkkailla universumin sen hyvin pienessä mittakaavassa, paljon pienempiä kuin ne, joissa voi tutkia Large Hadron Collider Genevessä löysi Higgsin bosoni. Juuri tästä syystä, että Nobel-komitea päätti myöntää Nobelin löytö neutriinoteleskooppi toisentyyppinen.

salaperäinen pula

Kun Ray Davis havaittu Auringon neutriinot, hän löysi vain kolmannes ennakoitu paljous. Useimmat fyysikot uskovat, että syy tähän on heikko tuntemus astrofysiikan of the Sun: ehkä paistoi pohjamaan malli yliarvioi tuotettu määrä sen neutriino. Kuitenkin jo vuosia, vaikka aurinko malleja ovat parantuneet, alijäämä pysyi. Fyysikot ovat kiinnittäneet huomiota toinenkin mahdollisuus ongelma voisi liittyä käsitystä näistä hiukkasista. Teorian mukaan, niin vallitsi heillä ei ollut painoa. Mutta jotkut fyysikot ovat väittäneet, että itse asiassa partikkelien äärettömän massa, ja tämä massa oli syy niiden puute.

Kolme-kohtaamia hiukkanen

Mukaan teorian neutriino heilahtelut, luonnossa, on kolme erilaista niistä. Jos partikkeli on massa, että kun se liikkuu se voi siirtyä yhdestä tyypistä toiseen. Kolme - elektronit, myonit ja tau - vuorovaikutuksessa aineen kanssa, voidaan muuntaa vastaavaksi varattujen hiukkasten (elektronien ja muon tau leptonit). "Oscillation" johtuu kvanttimekaniikan. neutriino tyyppi ei ole vakio. Se muuttuu ajan mittaan. Neutriinoja, joka aloitti olemassaolon sähköpostin, voi muuttua muon, ja sitten takaisin. Siten, hiukkanen, joka on muodostettu ytimen auringon, matkalla maan voidaan ajoittain muuttaa muon neutriinoja ja päinvastoin. Koska Davis ilmaisin voi havaita vain elektroneja neutriinoja, mikä voisi johtaa transmutaatio klooria argonin, näytti mahdolliselta, että puuttuvat neutriinoteleskooppi muuttui muita tyyppejä. (On käynyt ilmi, että neutriinot värähtelevät sisällä Sun, eikä matkalla Earth).

Kanadan kokeilu

Ainoa tapa testata tätä oli luoda ilmaisin, joka toimi kaikkien kolmen neutriinoja. Alkaen 90 Arthur McDonald Queenin yliopistosta Ontariossa, hän johti joukkueen, joka suoritetaan kaivoksessa Sudbury, Ontariossa. Asennus sisältää tonnia raskasta vettä, edellyttäen lainan Kanadan hallituksen. Raskas vesi on harvinainen, mutta luonnossa esiintyvä muoto vettä, jolloin vety, joka sisältää yhden protonin on korvattu sen raskaampi isotooppi deuterium, joka käsittää protonin ja neutronin. Kanadan hallitus varastoissa raskaan veden, m. K. Sitä käytetään jäähdytysaineena ydinreaktorissa. Kaikki kolme neutriinoja voisi tuhota deuterium muodostaa protonit ja neutronit, neutroneita ja sitten laskettiin. Detektori rekisteröity noin kolme kertaa enemmän verrattuna Davis - aivan rahamäärä, joka parhaiten ennustaa Sun malleja. Tämä viittaa siihen, että elektroneja neutriinoja voi värähdellä sen muita tyyppejä.

Japanin kokeilu

Samoihin aikoihin, Takaaki Kadzita yliopistosta Tokion toteutettiin toinen merkittävä kokeilu. Ilmaisin, joka on asennettu akselille Japanissa tallennettu neutriinot ilmoituksia ei sisäosasta aurinko, ja ylemmässä ilmakehässä. Protonin törmäykset kosmisten säteiden ilmakehän kanssa muodostetaan suihkut muita hiukkasia, kuten Muon neutriinoja. Kaivoksessa ne muunnetaan vety-ytimet on myonit. Detektori Kadzity voisi nähdä tulevien hiukkasten kahteen suuntaan. Jotkut laski edellä, jotka ilmakehästä, kun taas toiset ovat siirtymässä pohjasta. Hiukkasten lukumäärä oli erilainen, että puhuivat eriluonteisia - ne olivat eri kohdissa oskillointisyldissä.

Vallankumous Science

Se kaikki eksoottisia ja yllättävä, mutta miksi neutriino heilahdukset ja massa houkutella niin paljon huomiota? Syy on yksinkertainen. Standardimallissa Alkeishiukkasfysiikan, kehittynyt viimeisten viidenkymmenen vuoden vuosisadan, mikä oikein kuvataan kaikki muut havainnot kiihdyttimiä ja muissa kokeissa neutriinot olisivat massattoman. Löytö neutriino massan osoittaa, että jotain puuttuu. Standardimalli ei ole täydellinen. Puuttuvia vielä löydetty - avulla Large Hadron Collider tai toisella, ei ole vielä luonut virtuaalikone.