Неутрино честица: дефиниција, особине, опис. неутрина осцилације - То ...

Неутрино - елементарна честица која је веома слична електрон, али нема наелектрисање. Она има веома малу масу, која може да буде чак и нула. Од масе неутрина зависи од брзине. Разлика у времену доласка и снопа честица је 0,0006% (± 0,0012%). У 2011. години, утврђено је током ОПЕРА експеримента да је брзина прелази брзину светлости неутрина, али независно од овог искуства није потврдио.

Тхе Елусиве честица

Ово је један од најчешћих честица у свемиру. С обзиром да у интеракцији врло мало са материјом, то је невероватно тешко открити. Електрони и неутрини не учествују у јаке нуклеарне силе, али једнако учествују у слабе. Честице, које имају такве особине називају лептоне. Поред електрона (позитрона и антицестица), односи се на терет Лептонс мион (200 електрона масе), тау (3500 електрона масе) и њихов антицестица. Они се зову: електрон, мион и тау неутрино. Сваки од њих има антиматеријалног компоненту, зове њен антинеутрино.

Муон и тау, попут електрона, имају пратеће честице. То муон и тау неутрино. Три врсте честица различитих једни од других. На пример, када муон неутрино интеракцију са циљем, они су увек производе миони и никада тау или електроне. У реакцији честица, иако електрони и електрон неутрини су стваране и уништаване, њихов збир остаје непромењен. Ова чињеница води до раздвајања лептона у три типа, од којих сваки поседује задужени лептоне и пратећег неутрино.

Да открије овај честица које су веома велика и веома осетљиве детекторе. Као по правилу, са малом потрошњом енергије неутрина ће путовати много светлосних година до интеракције са материјом. Сходно томе, све копнене експерименти са њима се ослањају на мерењу мали део који ступа у интеракцију са регистара одговарајуће величине. На пример, у неутринског опсерваторије Судбури, садрже 1.000 тона тешке воде пролази кроз детектор за 1012 соларних неутрина у секунди. И наћи само 30 дневно.

Историја открића

Волфганг Паули први постулат о постојању честица у 1930. У то време, дошло је до проблема, јер је изгледало да је енергија и момент импулса се не чувају у бета распада. Али-Паули је истакао да ако се не емитује неутрина интеракцију неутралну честицу је закон очувања енергије ће се придржавати. Италијански физичар Енрико Ферми 1934. развио теорију бета распада, и дао јој име честице.

Упркос свим предвиђањима за 20 година, неутрини не може да се детектује експериментално због своје слабе интеракције са материјом. Јер су честице се наелектрисан, они не поступају електромагнетске силе, и зато не изазивају јонизацију супстанце. Осим тога, они реагују са материјом само слаба интеракција благо силе. Дакле, они су највише продирући субатомске честице способне да пролази кроз огроман број атома без изазивања реакције. Само 1 до 10 милијарди ових честица путују кроз тканину од растојању једнак пречнику Земље, реагује са протона или неутрон.

Коначно, 1956. године група америчких физичара, на челу са Фредерицк Реинес је пријавио откриће електрона антинеутрино. У експериментима је антинеутринима зрачила нуклеарни реактор, реакцијом са протон, формирајући неутрони и позитрони. Јединствене (и ретке) енергетски потписи ово друго нуспроизводи је доказ о постојању честице.

Отварање наелектрисана лептона миона је полазна тачка за каснију идентификацију другог типа неутрина - мион. Њихова идентификација је извршена у 1962. на основу резултата експеримента у акцелератора честица. Хигх-енерги муони распада неутрини формиране пи-мезона и режија до детектора тако да је могуће да се испита њихову реакцију са супстанцом. Упркос чињеници да су не-реактивни, као и друге врсте честица, утврђено је да се у ретким случајевима када они реагују са протона и неутрона, миона, неутрине миона, али никада електрони. Године 1998., амерички физичари Леоне Ледерман Мелвин Сцхвартз и Џек Схтеинбергер су добили Нобелову награду за физику за идентификацију муон-неутрина.

Средином 1970-их, неутрино физике добила још једну врсту терети лептона - Тау. Тау-неутрино и тау-антинеутрини су повезани са овим трећи наелектрисани лептон. У 2000. години, физичари у Народној Аццелератор Лаборатори. Енрико Ферми је пријавио први експериментални доказ о постојању ове врсте честица.

тежина

Све врсте неутрина имају масу, што је много мање него њихових партнера на терет. На пример, експерименти показују да је маса електрона-неутрино мора бити мања од 0.002% електрона масе и збира маса три сорте треба да буде мањи од 0,48 еВ. Помисао дуги низ година да се маса честице је нула, иако није било убедљив теоријски докази, зашто би требало да буде тако. Затим, 2002. године, Судбури Неутрино Опсерваторија је добио први директан доказ да је електрон неутрино емитује нуклеарним реакцијама у језгру Сунца, док они пролазе кроз њу, променити врсту. Таква "осцилације" неутрино могућ ако једна или више честица има малу масу. Њихове студије интеракција космичких зрака у Земљиној атмосфери указују на присуство масе, али потребни су додатни експерименти су да прецизније дефинишу га.

izvori

Природни извори неутрина - радиоактивни распад елемената унутар Земље, која се емитује у великој проток спорих електрон-антинеутрино. Супернове су погодно Неутрино феномен, пошто ове честице могу да продру само хиперденсе материјал формирана у руши звезда; само мали део енергије конвертује у светлост. Прорачуни показују да око 2% сунчеве енергије - енергетски неутрина формиране у реакцијама термонуклеарна фузије. Врло је вероватно да је највећи део тамне материје у универзуму је састављена од неутрина произведених током Великог праска.

физика проблеми

Области које се односе на Неутрино астрофизику, и разноврсни и брзо развија. Актуелна питања које привлаче велики број експерименталних и теоријских напора, следеће:

• Које су различите неутрина масе?
• Како они утичу космологија, Тхе Биг Банг?
• они осцилира?
• Може ли једна врста неутрино претвара у другу док путују кроз материју и простор?
• Су неутрини фундаментално разликује од својих античестица?
• Како СТАРС колапса да се формира супернова?
• Која је улога неутрина у космологији?

Један од дугогодишњих проблема од посебног интереса је такозвани соларни неутрина проблема. Овај назив се односи на чињеницу да је током неколико земаљских експеримената у последњих 30 година, у континуитету посматране честице мање него што је потребно за производњу енергије зраци сунца. Једно од решења је осцилација, тј. Е. Трансформација електрона неутрина да муон или Тау током путовања на Земљу. Дакле, колико је тешко измерити ниско-енергетски мион или тау неутрина, оваква трансформација би објаснити зашто ми не видимо праву количину честица на Земљи.

Четврто Нобелова награда

Нобелова награда за физику 2015. године додељена је Такааки Каји и Артхур МацДоналд за детекцију неутрина масе. Ово је четврта слична награда повезана са експерименталним мерењима ових честица. Неко може бити заинтересовани за питање зашто би ми толико стало до нечега што једва интеракцију са обичне материје.

Чињеница да можемо открити ове Ефемерне честица, је доказ да се људске генијалности. Пошто правила квантне механике, вероватносних, знамо да је, упркос чињеници да су готово сви неутрина пролази кроз Земљу, неки од њих ће комуницирати са њим. Детектор је у стању да довољно великих димензија је регистрован.

Први такав уређај је изграђен шездесетих година, дубоко у руднику у Јужној Дакоти. Вратило је попуњен течности л чишћење 400 хиљада.. У просеку једна честица неутрина свакодневно комуницира са атомом хлора, претварање га у аргона. Невероватно, Рејмонд Дејвис, који је био одговоран за детектор, изумео методу за откривање више атома аргона, а четири деценије касније, 2002. године, за ове невероватне инжењеринга феат је добио Нобелову награду.

nova астрономија

Јер неутрина интеракцију тако слабо, они могу да путују далеко. Они нам дају увид у местима која иначе никада не бисмо видели. Неутрина детецтед Давис, формиран као резултат нуклеарних реакција које су се догодиле у срцу сунца, и били су у стању да напусти ову невероватно густу и вруће место само зато што не комуницира са другом материјом. Можете чак открити неутрина емитује из центра једног експлодирала звезде на удаљености од више од сто хиљада светлосних година од Земље.

Поред тога, ове честице омогућавају да се посматрати свемир у његовом веома ниском нивоу, много мањи од оних у којима могу погледати у велики хадронски колајдер у Женеви, открио Хиггсов бозон. Управо из тог разлога што је Нобелов комитет је одлучио да додели Нобелову награду за откриће неутрина другог типа.

мистериозна мањак

Када Реј Дејвис приметио соларних неутрина, нашао само трећину очекиване количине. Већина физичара верује да је разлог за то је слабо познавање астрофизике Сунца: можда је сијало подземље модела преценио количине произведене у свом неутрина. Ипак, дуги низ година, чак и након што су соларни модели су побољшани, дефицит остао. Физичари су обраћали пажњу на још једну могућност: проблем би могао бити повезан са наше перцепције тих честица. Према теорији, онда превладала нису имали тежину. Међутим, неки физичари тврде да, у ствари, честице имају бескрајно масу, а то маса је био разлог њиховог недостатка.

Три-фацед честица

Према теорији неутрина осцилација, у природи, постоје три различите врсте њих. Ако је честица има масу, да док се креће може да прође од једне врсте на другу. Три врсте - електрони, миона и Тау - у интеракцији са супстанцом могу да се конвертују у одговарајући наелектрисане честице (Елецтрон и муон тау лептони). "Осцилације" је због квантне механике. тип неутрино није константна. То се мења током времена. Неутрина, који је почео своје постојање као е-маил, могу претворити у мион, а онда назад. Дакле, честица, формирана у језгру Сунца, на путу ка Земљи може повремено конвертовати у мионским неутрина и обрнуто. Пошто Дејвис детектор може да детектује само електрон-неутрина, што би могло довести до нуклеарног трансмутацији хлора у аргона, чинило могуће да недостаје Неутрино претворио у друге врсте. (Испоставило се да неутрини осцилира унутар Сунца, а не на путу ка Земљи).

Канадски експеримент

Једини начин да се тестира ово је био да се створи детектор који је радио за све три врсте неутрина. Полазећи од 90-тих година Артур МцДоналд краљице универзитету у Онтарију, водио је тим који се обавља у руднику у Судбури, Онтарио. Инсталација садржи тона тешке воде, под условом кредит од стране Владе Канаде. Тешка вода је ретка, али природно облик воде, где је водоник садржи један протон замењује својом тежег изотопа деутеријума, који садржи протона и неутрона. Канадска влада залихе тешке воде, м. Користи К. се као расхладно средство у нуклеарном реактору. Све три врсте неутрина могли уништити деутеријум да формирају протони и неутрони, и неутрони и онда броје. Детектор регистровано око три пута више у поређењу са Давис - тачно износ који најбоље предвидео моделе Сун. Ово указује на то да су електрон-неутрина може да осцилира у својим другим врстама.

Јапански експеримент

Отприлике у исто време, Такааки Кадзита са Универзитета у Токију спровео још једну изузетну експеримент. Детектор је постављен у вратило у Јапану забележен неутрини долазе не из унутрашњости Сунца, а од горње атмосфере. У протона судара космичких зрака са атмосфером су формиране туш других честица, укључујући и мионским неутрина. У руднику су конвертовани у језгра водоника у миона. Детектор Кадзити могли да виде честице долази у два правца. Неки су пали одозго, из атмосфере, док су други креће од дна. Број честица била другачија, који је говорио о својој другачије природе - они су били на различитим местима у својој осцилаторног циклуса.

Револуција у науци

То је све егзотичне и изненађујући, али зашто неутрина осцилације и маса привући толико пажње? Разлог је једноставан. У стандардном моделу елементарне физике честица, развила током последњих педесет година двадесетог века, који тачно описује све остале запажања у акцелератора и других експеримената, неутрини су да буду масу. Откриће неутрино масе указује на то да нешто недостаје. Стандардни модел није комплетна. Недостајуће елементе које тек треба открити - уз помоћ Ларге Хадрон Цоллидер или другог, још није створио виртуелну машину.