Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Нейтрино



План:


Введення

Нейтрино - нейтральна фундаментальна частинка з напівцілим спіном, що бере участь тільки в слабкому і гравітаційному взаємодіях, і відноситься до класу лептонів. Нейтрино малої енергії надзвичайно слабо взаємодіють з речовиною: так, нейтрино з енергією близько 3-10 М еВ мають у воді довжину вільного пробігу порядку 18 жовтня м (близько 100 св.років). Також відомо, що кожну секунду через майданчик на Землі в 1 см проходить близько 6 10 жовтня нейтрино, випущених Сонцем [1]. Проте ніякого впливу, наприклад, на тіло людини вони не роблять. У той же час нейтрино високих енергій успішно виявляються по їх взаємодії з мішенями [2].


1. Властивості нейтрино

Кожному зарядженого лептони відповідає своя пара нейтрино / антинейтрино:

Маса нейтрино вкрай мала. Верхня експериментальна оцінка суми мас усіх типів нейтрино становить всього 0,28 еВ [3] [4]. Різниця квадратів мас нейтрино різних поколінь, отримана з осцілляціонних експериментів, не перевищує 2,7 10 -3 еВ.

Маса нейтрино важлива для припущення пояснення феномена прихованої маси в космології, оскільки, незважаючи на її трохи, можливо, концентрація нейтрино у Всесвіті достатньо висока, щоб істотно вплинути на середню щільність.

Якщо нейтрино мають ненульову масу, то різні види нейтрино можуть перетворюватися один в одного. Це так звані нейтринні осциляції, на користь яких свідчать спостереження сонячних нейтрино і кутовий анізотропії атмосферних нейтрино, а також проведені на початку цього століття експерименти з реакторними (див. KamLAND) і прискорювальних нейтрино. Крім того, існування нейтронних осциляцій безпосередньо підтверджено дослідами в Садбері, в якому були безпосередньо зареєстровані сонячні нейтрино всіх трьох сортів і було показано, що їх повний потік узгоджується зі стандартною сонячної моделлю. При цьому лише близько третини долітали до Землі нейтрино виявляється електронними. Ця кількість узгоджується з теорією, яка передбачає перехід електронних нейтрино в нейтрино іншого покоління як у вакуумі (власне "нейтринні осциляції"), так і в сонячному речовині (" ефект Міхєєва - Смирнова - Вольфенштейна "). Підтвердження нейтринних осциляцій вимагає внесення змін до Стандартну Модель.

В експериментах з народженням ультрарелятивістських часток, нейтрино володіють негативною спіральність, а антинейтрино - позитивною. [5]


2. Історія відкриття

Одне з перших спостережень взаємодії нейтрино в бульбашковій камері

Однією з основних проблем в ядерній фізиці 20-30-х років ХХ століття була проблема бета-розпаду : спектр електронів, що утворюються при β -Розпаді, виміряний англійським фізиком Джеймсом Чедвіком ще в 1914 році, має безперервний характер, тобто, з ядра вилітають електрони самих різних енергій.

З іншого боку, розвиток квантової механіки в 1920-х роках призвело до розуміння дискретності енергетичних рівнів в атомному ядрі: це припущення було висловлено австрійським фізиком Лізою Мейтнер в 1922. Тобто, спектр вилітають при розпаді ядра частинок повинен бути дискретним, і показувати енергії, рівні різницям енергій рівнів, між якими відбувається перехід при розпаді. Таким, наприклад, є спектр альфа-частинок при альфа-розпаді.

Таким чином, безперервність спектра електронів β-розпаду ставила під сумнів закон збереження енергії. Питання стояло настільки гостро, що в 1931 р. знаменитий датський фізик Н. Бор на Римській конференції виступив з ідеєю про незбереження енергії! Однак було й інше пояснення - втрачену енергію відносить якась невідома і непомітна частинка.

Гіпотезу про існування надзвичайно слабо взаємодіє з речовиною частинки висунув 4 грудня 1930 Паулі - не в статті, а в неформальному листі учасникам фізичної конференції в Тюбінгені :

... Маючи на увазі ... безперервний β -Спектр, я зробив відчайдушну спробу врятувати "обмінну статистику" і закон збереження енергії. Саме є можливість того, що в ядрах існують електрично нейтральні частинки, які я буду називати "нейтронами" і які мають спіном 1 / 2 ... Маса "нейтрона" по порядку величини повинна бути порівнянною з масою електрона і в усякому разі не більше 0,01 маси протона. Безперервний β -Спектр тоді став би зрозумілим, якщо припустити, що при β -Розпаді разом з електроном випускається ще й "нейтрон", таким чином, що сума енергій "нейтрона" і електрона залишається постійною.
Я визнаю, що такий вихід може здатися на перший погляд малоймовірним ... Однак, не ризикнувши, не виграєш; серйозність становища з безперервним β -Спектром добре проілюстрував мій шановний попередник пан Дебай, який недавно заявив мені в Брюселі: "О ... про це краще не думати зовсім, як про нові податки".

- "Відкритий лист групі радіоактивних, що зібралися в Тюбінгені", цит. за М. П. Рекало, "Нейтрино".

Згодом нейтроном була названа, як виявилося, інша елементарна частинка, поряд з протоном входить до складу атомних ядер. А передвіщена Паулі частка в роботах 1933-1934 італійця Енріко Фермі на італійський манер була названа "нейтрино".

На Сольвеєвському конгресі 1933 р. в Брюсселі Паулі виступив з рефератом про механізм β -Розпаду з участю легкої нейтральної частинки зі спіном 1 / 2. Цей виступ був фактично першою офіційною публікацією, присвяченою нейтрино.


3. Перспективи використання

Один із перспективних напрямів використання нейтрино - це нейтринна астрономія. Відомо, що зірки, крім світла, випромінюють значний потік нейтрино, які виникають в процесі ядерних реакцій. Оскільки на пізніх стадіях зоряної еволюції за рахунок нейтрино несеться до 90% випромінюваної енергії ( нейтринне охолодження), то вивчення властивостей нейтрино (зокрема - енергетичного спектру сонячних нейтрино) допомагає краще зрозуміти динаміку астрофізичних процесів. Крім того, нейтрино без поглинання проходять величезні відстані, що дозволяє виявляти і вивчати ще більш віддалені астрономічні об'єкти. [6]

Іншим (практичним) застосуванням є розвивається останнім часом нейтринна діагностика промислових ядерних реакторів. Проведені в кінці XX століття фізиками Курчатовський інститут експерименти показали перспективність цього напрямку, і сьогодні в Росії, Франції, Італії та інших країнах ведуться роботи зі створення нейтринних детекторів, здатних в режимі реального часу вимірювати реакторний нейтринний спектр і тим самим контролювати як потужність реактора, так і композитний складу палива (включаючи напрацювання збройового плутонію).

Теоретично потоки нейтрино можуть бути використані для створення засобів зв'язку, що привертає інтерес військових: частка теоретично уможливлює зв'язок з підводними човнами, що знаходяться на глибині [7].


4. Реєстрації можливого перевищення швидкості світла

22 вересня 2011 колаборація OPERA оголосила про реєстрацію можливого перевищення швидкості світла мюонним нейтрино (на 0,00248%). [8] [9] [10] Нейтрино від прискорювача SPS ( ЦЕРН, Швейцарія) прибувають до детектора (що знаходиться на відстані 730 км в підземній лабораторії Гран-Сассо, Італія) на 61 10 наносекунд раніше розрахункового часу; це значення отримано після усереднення по 16 тисячам нейтринних подій в детекторі за три роки. Фізики звернулися до своїх колег з проханням перевірити результати в подібних експериментах MINOS (лабораторія Fermilab біля Чикаго) і T2K (Японія).

Менш ніж за місяць у архіві препринтів з'явилося близько 90 статей, що пропонують можливі пояснення зареєстрованого ефекту (некоректний облік релятивістських ефектів при синхронізації годин через GPS, нестандартне опис хвильових пакетів нейтрино і т.д.) [11]. Загальноприйнятого пояснення поки немає.


5. У культурі

Примітки

  1. Наше Сонце - crydee.sai.msu.ru / ~ maria / astron / referatTheSUN / referat.htm
  2. Фізична енциклопедія. Нейтрино - www.femto.com.ua/articles/part_2/2430.html. Клайд Коуен (Англ.) рос. і Фредерік Райнес, 1953-57
  3. Астрономи отримали найточнішу оцінку маси "частки-примари" - www.rian.ru/science/20100622/249169807.html. РИА Новости (22 червня 2010). Фотогалерея - www.webcitation.org/6184dHTAW з першоджерела 22 серпня 2011.
  4. Shaun A. Thomas, Filipe B. Abdalla, AND Ofer Lahav Upper Bound Of 0.28 eV on Neutrino Masses from the Largest Photometric Redshift Survey - physics.aps.org/pdf/10.1103/PhysRevLett.105.031301.pdf (Англ.) / / Phys.Rev.Lett.. - 2010. - В. 3. - Т. 105. - С. 031301.
  5. Нейтрино - www.femto.com.ua/articles/part_2/2430.html - стаття з Фізичної енциклопедії
  6. Праці - pontecorvo.jinr.ru/work/pswork3.html Бруно Понтекорво
  7. Елементи: Частка-привид: нейтрино - elementy.ru/lib/430999 "Група дослідників з Військово-морської дослідницької лабораторії, що опублікували в 1977 році в журналі Science статтю" Зв'язок за допомогою нейтронних променів "(Telecommunication with Neutrino Beams),"
  8. Measurement of the neutrino velocity with the OPERA detector in the CNGS beam - arxiv.org/abs/1109.4897 22 Sep 2011.
  9. Елементи - новини науки: Експеримент OPERA повідомляє про спостереження сверхсветовой швидкості нейтрино - elementy.ru/news/431680
  10. Lenta.ru: Прогрес: Квапливі нейтрончікі - lenta.ru/articles/2011/09/23/cern /
  11. Lenta.ru: Прогрес: В сверхсветовой швидкості нейтрино звинуватили GPS - lenta.ru/news/2011/10/17/ftlneutrino /
  12. Дискографія Тимур Шаов - www.shaov.ru / discs_and_lyrics.php

Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Нейтрино астрономія
Електронне нейтрино
Мюонне нейтрино
Тау-нейтрино
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru