Gronynnau niwtrino: diffiniad, eiddo, disgrifiad. Osgiliadau niwtrino - mae'n ...

Neutrino - mae gronynnau elfennol sy'n debyg iawn i'r electron, ond nid oes ganddo gwefr drydanol. Mae ganddo fàs fach iawn, a all hyd yn oed fod yn sero. O'r màs y niwtrino yn dibynnu ar y cyflymder. Mae'r gwahaniaeth mewn amser cyrraedd ac mae'r trawst gronyn yn 0,0006% (± 0,0012%). Yn 2011, sefydlodd yn ystod yr arbrawf OPERA bod y cyflymder yn fwy na'r cyflymder neutrinos golau, ond nid yn annibynnol ar y profiad hwn wedi cadarnhau.

Mae'r gronynnau elusive

Mae hwn yn un o'r gronynnau mwyaf cyffredin yn y bydysawd. Gan ei fod yn rhyngweithio ychydig iawn gyda mater, mae'n anhygoel o anodd ei ganfod. Nid yw electronau a neutrinos yn cymryd rhan yn yr heddlu niwclear cryf, ond yr un mor cymryd rhan yn y gwan. Gelwir gronynnau cael eiddo o'r fath yn cael eu leptons. Yn ogystal ag electron (positron a gwrthronyn), cyfeirio at y muon godir leptons (200 electron torfol), Tau (3500 electron torfol), ac mae eu gwrthronyn. Maent yn cael eu galw: electron, muon a neutrinos Tau. Mae gan bob un ohonynt cydran antimaterial, a elwir yn antineutrino.

Muon a tau, fel electron, rhaid gronynnau cysylltiedig. Mae'n Muon a neutrinos Tau. Mae tri math o gronynnau yn wahanol i'w gilydd. Er enghraifft, pan neutrinos muon rhyngweithio gyda'r targed, maent bob amser yn cynhyrchu muons a pheidiwch byth Tau neu electronau. Yn ymateb y gronynnau, er bod electronau a neutrinos electron yn cael eu creu a'u dinistrio, eu swm yn aros yn ddigyfnewid. Mae'r ffaith hon yn arwain at leptons gwahanu yn dri math, pob un ohonynt yn meddu ar leptons cyhuddo a niwtrino cysylltiedig.

I ganfod gronyn hwn angen synwyryddion mawr iawn ac yn hynod o sensitif. Fel rheol, gyda neutrinos ynni isel yn teithio i lawer o flynyddoedd goleuni i ryngweithio gyda mater. O ganlyniad, yr holl arbrofion ddaear gyda hwy yn dibynnu ar fesur cyfran fechan sy'n rhyngweithio â chofrestryddion faint rhesymol. Er enghraifft, mewn arsyllfa niwtrino Sudbury, yn cynnwys 1,000 tunnell o ddŵr trwm mynd drwy'r synhwyrydd tua 1012 neutrinos solar yr eiliad. A dod o hyd dim ond 30 y dydd.

Hanes o ddarganfod

Wolfgang Pauli postulated gyntaf bodolaeth gronynnau ym 1930. Ar y pryd, roedd problem, oherwydd ei fod yn ymddangos nad oedd yr egni a momentwm onglog yn cael eu storio yn y dadfeiliad beta. Ond nododd Pauli allan, os nad oes ei ollwng neutrinos rhyngweithio gronynnau niwtral, y gyfraith cadwraeth ynni yn cael eu harsylwi. ffisegydd Eidaleg Enrico Fermi yn 1934 datblygodd y theori dadfeiliad beta, a rhoddodd ei enw y gronynnau.

Er gwaethaf yr holl rhagfynegiadau am 20 mlynedd, ni all neutrinos cael eu canfod arbrofol oherwydd ei ryngweithio wan gyda mater. Oherwydd bod y gronynnau yn cael eu codi drydanol, nid ydynt yn gweithredu grymoedd electromagnetig, ac, felly, nid ydynt yn achosi ionization y sylwedd. Yn ogystal, maent yn adweithio â sylwedd yn unig trwy ryngweithio wan ychydig rym. Felly, maent yn y gronynnau isatomig mwyaf treiddgar sy'n gallu pasio drwy nifer fawr o atomau heb achosi unrhyw adwaith. Dim ond 1 i 10 biliwn o ronynnau hyn teithio trwy'r adeiladwaith gan bellter cyfartal i diamedr y Ddaear, yn adweithio â protonau neu niwtron.

Yn olaf, yn 1956 grŵp o ffisegwyr Americanaidd, a arweinir gan Frederick Reines adroddodd y darganfyddiad y antineutrino electron. Mewn arbrofion mae'n antineutrinos adweithydd niwclear pelydru, adweithio gyda proton, gan ffurfio niwtronau a positronau. Unigryw (a prin) llofnodion ynni yr olaf sgil-gynhyrchion yn brawf o fodolaeth y gronynnau.

Agor muons leptons godir yn y man cychwyn ar gyfer adnabod dilynol o'r ail neutrinos fath - muon. Mae eu adnabod yn cael ei wneud yn 1962 ar sail canlyniadau'r arbrawf mewn cyflymydd gronynnau. High-ynni neutrinos muons pydredd a ffurfiwyd gan pi-mesons a cyfeirio at y canfodydd fel ei bod yn bosibl i archwilio eu hymateb gyda'r sylweddau. Er gwaethaf y ffaith eu bod yn ddi-adweithiol, yn ogystal â mathau eraill o ronynnau, canfuwyd bod yn yr achosion prin pan maent yn adweithio gyda brotonau neu niwtronau, muons, muons neutrinos, ond byth electronau. Yn 1998, ffisegwyr Americanaidd Leon Lederman, Melvin Schwartz a Dzhek Shteynberger dyfarnwyd y Wobr Nobel mewn ffiseg ar gyfer nodi muon-neutrinos.

Yng nghanol y 1970au, enillodd y ffiseg niwtrino fath arall o leptons godir - Tau. Tau-niwtrino a Tau-antineutrinos yn gysylltiedig â hyn thrydydd lepton godir. Yn 2000, ffisegwyr yn y Labordy Cyflymydd Cenedlaethol. adroddodd Enrico Fermi y dystiolaeth arbrofol cyntaf o fodolaeth y math hwn o ronynnau.

pwysau

Mae pob math o neutrinos yn cael màs, sy'n llawer llai nag ar gyfer eu partneriaid a godir. Er enghraifft, arbrofion yn dangos bod yn rhaid i'r màs y electron-niwtrino fod Dylai llai na 0.002% o'r màs electron a swm llu o'r tri math fod yn llai na 0.48 eV. Mae meddwl am nifer o flynyddoedd bod y màs y gronynnau yn sero, er nad oedd unrhyw dystiolaeth ddamcaniaethol gymhellol, pam y dylai fod yn y ffordd honno. Yna, yn 2002, yr Arsyllfa Sudbury Neutrino gafwyd y dystiolaeth uniongyrchol gyntaf ei allyrru electron neutrinos gan adweithiau niwclear yn y craidd yr haul, ar yr amod eu bod yn pasio drwyddi, yn newid ei fath. O'r fath "osgiliadau" niwtrino posibl os bydd un neu fwy o'r gronynnau yn cael màs bach. Eu hastudiaethau y rhyngweithio rhwng pelydrau cosmig yn atmosffer y Ddaear hefyd yn dangos presenoldeb torfol, ond mae angen arbrofion pellach i ddiffinio yn fwy cywir.

ffynonellau

ffynonellau naturiol o neutrinos - sef ddadfeiliad ymbelydrol o'r elfennau o fewn y ddaear, sy'n cael ei ollwng yn llif mawr o ynni isel electron-antineutrino. Uwchnofâu hefyd fanteisiol niwtrino ffenomen, gan y gall gronynnau hyn ond deunydd hyperdense ffurfiwyd yn seren dymchwel treiddio; dim ond rhan fach o'r ynni yn cael ei drawsnewid i olau. Cyfrifiadau yn dangos bod tua 2% o ynni solar - y neutrinos ynni a ffurfiwyd yn adweithiau thermonuclear ymasiad. Mae'n debygol bod y rhan fwyaf o'r mater tywyll y bydysawd yn cynnwys y neutrinos a gynhyrchwyd yn ystod y Glec Fawr.

problemau ffiseg

Meysydd sy'n gysylltiedig â niwtrino astroffiseg, ac amrywiol ac yn gyflym esblygu. Materion cyfredol sy'n denu nifer fawr o ymdrech arbrofol a damcaniaethol, y canlynol:

• Beth yw'r gwahanol fasau niwtrino?
• Sut maent yn effeithio chosmoleg, y Glec Fawr?
• maent yn oscillate?
• A all un math o niwtrino yn troi i mewn i un arall wrth iddynt deithio trwy mater a gofod?
• A yw neutrinos sylfaenol wahanol oddi wrth eu antiparticles?
• Sut sêr cwympo i ffurfio uwchnofa?
• Beth yw rôl neutrinos yn chosmoleg?

Un o'r problemau hirsefydlog o ddiddordeb arbennig yw'r hyn a elwir yn broblem niwtrino solar. Mae'r enw yn cyfeirio at y ffaith bod yn ystod nifer o arbrofion daearol a gynhaliwyd dros y 30 mlynedd diwethaf, a welwyd yn barhaus y gronynnau llai nag sydd ei angen i gynhyrchu'r ynni pelydrol gan yr haul. Un ateb posibl yw y oscillation, hy. E. Mae trawsnewid neutrinos electron i Muon neu Tau yn ystod y daith i'r Ddaear. Felly, faint yn fwy anodd eu mesur muon ynni isel neu neutrinos Tau, byddai y math hwn o drawsnewid esbonio pam nad ydym yn gweld y swm cywir o ronynnau ar y Ddaear.

Gwobr Nobel Pedwerydd

Roedd Wobr Nobel mewn Ffiseg 2015 a ddyfarnwyd i Takaaki Kaji ac Arthur MacDonald ar gyfer canfod y màs niwtrino. Hwn oedd y pedwerydd gwobr debyg gysylltiedig â mesuriadau arbrofol o ronynnau hyn. Gall rhywun fod â diddordeb yn y cwestiwn pam y dylem ofalu cymaint am rywbeth sydd prin yn rhyngweithio â mater cyffredin.

Mae'r ffaith ein bod yn gallu canfod gronynnau darfodedig hyn, yn dyst i dyfeisgarwch dynol. Ers rheolau mecaneg cwantwm, tebygol, rydym yn gwybod y bydd rhai ohonynt er gwaethaf y ffaith bod bron pob un o'r neutrinos yn mynd trwy y Ddaear, rhyngweithio ag ef. Mae'r synhwyrydd yn gallu ddigon maint mawr ei gofrestru.

Mae'r ddyfais gyntaf o'r fath a adeiladwyd yn y chwedegau, yn ddwfn mewn pwll glo yn y De Dakota. Mae'r siafft Llenwyd 400 mil. Hylif glanhau L. Ar gyfartaledd niwtrino un gronyn yn ddyddiol yn rhyngweithio â atom clorin, trosi i mewn argon. Yn anhygoel, Raymond Davis, a oedd yn gyfrifol am y synhwyrydd, dyfeisio dull ar gyfer canfod o atomau argon lluosog, a phedwar degawd yn ddiweddarach, yn 2002, ar gyfer y gamp peirianneg anhygoel dyfarnwyd iddo Wobr Nobel.

seryddiaeth newydd

Gan fod neutrinos rhyngweithio mor wan, gallant deithio pellteroedd mawr. Maent yn rhoi cipolwg ar y lleoedd sydd fel arall fyddem erioed wedi gweld ni. Neutrinos canfod Davis, a ffurfiwyd o ganlyniad i adweithiau niwclear a ddigwyddodd yng nghanol yr haul, ac roeddent yn gallu gadael y sedd hynod drwchus ac yn boeth yn unig oherwydd nad ydynt yn rhyngweithio â mater arall. Gallwch hyd yn oed ganfod neutrinos allyrrir o ganol seren ffrwydrodd ar bellter o fwy na mil golau-mlynedd o Ddaear.

Yn ogystal, mae gronynnau hyn yn ei gwneud yn bosibl i arsylwi ar y bydysawd yn ei raddfa fach iawn, llawer llai na'r rhai y gall edrych i mewn i'r Peiriant Gwrthdaro Hadron Mawr yn Genefa, ddarganfod y Higgs boson. Mae ar gyfer y rheswm hwn penderfynodd y Pwyllgor Nobel i ddyfarnu'r Wobr Nobel am ddarganfod y niwtrino o fath arall.

prinder dirgel

Pan welwyd Ray Davis neutrinos solar, daeth o hyd dim ond traean o'r swm a ddisgwylir. Mae'r rhan fwyaf ffisegwyr yn credu bod y rheswm am hyn yw'r wybodaeth gwael astroffiseg yr Haul: efallai disgleirio model isbridd goramcangyfrif y swm a geir yn ei niwtrino. Serch hynny, am flynyddoedd lawer, hyd yn oed ar ôl i'r modelau solar wedi gwella, y diffyg yn parhau. Ffisegwyr wedi talu sylw at bosibilrwydd arall: gallai'r broblem fod yn gysylltiedig â ein canfyddiad o gronynnau hyn. Yn ôl y ddamcaniaeth, yna prevailed nid oedd ganddynt y pwysau. Ond mae rhai ffisegwyr wedi dadlau bod y gronynnau mewn gwirionedd yn cael màs orfychan, a màs hwn oedd y rheswm am eu diffyg.

Mae tri-Faced gronynnau

Yn ôl y ddamcaniaeth o osgiliadau niwtrino, o ran natur, mae tri math gwahanol ohonynt. Os oes gan gronyn màs, fod wrth iddo symud y gall basio o un math i'r llall. Mae tri math - electronau, muons a Tau - gall yn y rhyngweithio gyda'r sylwedd ei drosi i'r gronyn godir cyfatebol (electron a Tau muon leptons). "Osgiliad" i fod i mecaneg cwantwm. Nid yw math niwtrino yn gyson. Mae'n newid dros amser. Neutrinos, a ddechreuodd ei fodolaeth fel e-bost, gall droi i mewn i muon, ac yna yn ôl. Felly, gall gronynnau, a ffurfiwyd yn y craidd yr haul, ar y ffordd i'r Ddaear eu trosi o bryd i'w gilydd i mewn i neutrinos muon ac i'r gwrthwyneb. Gan y gallai Davis synhwyrydd ganfod unig electron-neutrinos, a allai arwain at transmutation niwclear o glorin yn argon, roedd yn ymddangos bosibl bod y niwtrino coll troi'n mathau eraill. (Mae'n ymddangos bod neutrinos oscillate y tu mewn i'r Sun, ac nid ar y ffordd i'r Ddaear).

Mae'r arbrawf Canada

Yr unig ffordd i brofi hyn oedd creu synhwyrydd oedd yn gweithio ar gyfer y tri math o neutrinos. Gan ddechrau o'r 90au Arthur McDonald o Prifysgol y Frenhines yn Ontario, arweiniodd y tîm, sy'n cael ei wneud mewn pwll yn Sudbury, Ontario. Gosod yn cynnwys tunnell o ddŵr trwm, ar yr amod benthyciad gan y Llywodraeth Canada. dŵr trwm yn brin, ond y ffurf sy'n digwydd yn naturiol o ddŵr, yn yr hon yr hydrogen yn cynnwys un proton yn cael ei ddisodli gan ei dewteriwm isotop trymach, sy'n cynnwys proton a niwtron. llywodraeth Canada pentyrru dwr trwm, m. K. Mae'n cael ei ddefnyddio fel oerydd mewn adweithydd niwclear. Gallai pob un o'r tri math o neutrinos dinistrio dewteriwm i ffurfio protonau a niwtronau, mae'r niwtronau ac yna cyfrif. cofrestru Synhwyrydd tua thair gwaith y nifer o gymharu â Davis - yn union faint sydd orau rhagwelir y modelau haul. Mae hyn yn awgrymu y gall y electron-neutrinos oscillate yn ei mathau eraill.

arbrawf Siapaneaidd

Tua'r un pryd, a gynhaliwyd Takaaki Kadzita o Brifysgol Tokyo arbrawf rhyfeddol arall. Mae synhwyrydd gosod yn y siafft yn Japan a gofnodwyd neutrinos yn dod nid o'r tu mewn i'r haul, ac o'r atmosffer uchaf. Mewn gwrthdrawiadau proton o belydrau cosmig gyda'r atmosffer yn cael eu ffurfio cawodydd o ronynnau eraill, gan gynnwys neutrinos muon. Yn y pwll maent yn cael eu trosi i niwclysau hydrogen mewn muons. Gallai Synhwyrydd Kadzity weld gronynnau yn dod mewn dau gyfeiriad. Syrthiodd peth oddi uchod, yn dod o'r atmosffer, tra bod eraill yn cael eu symud o'r gwaelod. Mae nifer y gronynnau yn wahanol, a siaradodd am eu natur gwahanol - roeddent ar wahanol adegau yn ei gylch osgiladu.

Chwyldro mewn Gwyddoniaeth

Mae hyn i gyd osgiliadau egsotig a syndod, ond pam niwtrino a'r màs yn denu cymaint o sylw? Mae'r rheswm yn syml. Yn y model safonol ffiseg gronynnau elfennol, a ddatblygwyd dros yr hanner can mlynedd diwethaf yr ugeinfed ganrif, a oedd yn disgrifio'r holl arsylwadau eraill yn chyflymwyr ac arbrofion eraill yn gywir, mae'r neutrinos yn i fod yn massless. Mae darganfod màs niwtrino yn dangos bod rhywbeth ar goll. Nid yw'r Model Safonol wedi'i gwblhau. Missing elfennau eto i'w darganfod - gyda chymorth y Peiriant Gwrthdaro Hadron Mawr neu'r llall, nid yw wedi creu 'n weithredol beiriant eto.