Neutrino partiċella: definizzjoni, proprjetajiet, deskrizzjoni. oxxillazzjonijiet neutrino - li ...

Neutrino - l partiċella elementari li huwa simili ħafna għall-elettron, iżda ma jkollu ebda ċarġ elettriku. Hija għandha massa żgħira ħafna, li jistgħu anki jkunu żero. Mill-massa tal-neutrino jiddependi fuq il-veloċità. Id-differenza fil-ħin tal-wasla u l-raġġ ta 'partiċelli huwa 0,0006% (± 0,0012%). Fl-2011, ġie stabbilit matul l-esperiment Opera li l-veloċità jaqbeż il-veloċità ta 'neutrinos dawl, imma independentement din l-esperjenza ma kkonfermatx.

Il-partiċelli elużiva

Din hija waħda mill-partiċelli aktar komuni fl-univers. Peress li jinteraġixxi ftit li xejn ma kwistjoni, huwa oerhört diffiċli li jinqabdu. Elettroni u neutrinos ma jipparteċipawx fil-forza nukleari b'saħħitha, iżda jipparteċipaw b'mod ugwali fiż-dgħajfa. Partiċelli li dawn il-proprjetajiet huma msejħa leptons. Minbarra l elettroni (positron u antiparticle), irrefera għall-leptons muon mitluba (200 massa elettroni), tau (3500 massa elettroni), u antiparticle tagħhom. Dawn jissejħu: elettron, muon u neutrinos tau. Kull wieħed minnhom għandu komponent antimaterial, imsejħa antineutrino.

Muon u tau, bħal elettron, ikollhom partiċelli akkumpanjament. Hija muon u neutrinos tau. Tliet tipi ta 'partiċelli differenti minn xulxin. Per eżempju, meta neutrinos muon jinteraġixxu mal-mira, huma dejjem jipproduċu muons u qatt tau jew elettroni. Fir-reazzjoni tal-partikoli, għalkemm elettroni u neutrinos elettroni huma maħluqa u meqruda, somma tagħhom ma jinbidilx. Dan il-fatt iwassal għal xi leptons separazzjoni fi tliet tipi, kull wieħed minnhom jippossjedi ftit leptons mitluba u neutrino akkumpanjament.

Biex jiskopru dan partiċelli meħtieġ xi ditekters kbar ħafna u sensittivi ħafna. Bħala regola, ma neutrinos enerġija baxxa ser jivvjaġġaw għal snin ħfief ħafna għall-interazzjoni mal-kwistjoni. Konsegwentement, esperimenti art kollha magħhom jiddependu fuq il-kejl ta 'frazzjoni żgħira li jinteraġixxi ma reġistraturi daqs raġonevoli. Per eżempju, fil-osservatorju neutrino Sudbury, li fihom 1,000 tunnellata ta 'ilma tqil jgħaddi mill-ditekter dwar 1012 neutrinos solari kull sekonda. U sabet biss 30 kull jum.

Storja ta 'skoperta

Wolfgang Pauli ewwel postulat l-eżistenza ta 'partikoli fl-1930 F'dak iż-żmien, kien hemm problema, għaliex kien jidher li l-enerġija u l-momentum angolari mhumiex maħżuna fil-beta tħassir. Iżda Pauli rrilevat li jekk ma jkunx hemm emess neutrinos interazzjoni partiċelli newtrali, il- liġi konservazzjoni tal-enerġija se tkun osservata. fiżiċista Taljan Enrico Fermi fl-1934 żviluppa t-teorija ta 'beta-tmermir, u taha l-isem tal-partiċelli.

Minkejja l-previżjonijiet kollha għal 20 sena, neutrinos ma jistgħux jiġu skoperti sperimentali minħabba tagħha interazzjoni dgħajfa ma 'materja. Minħabba li l-partiċelli huma ikkargati b'mod elettriku, huma ma jaġixxu forzi elettromanjetiċi, u, għalhekk, ma jikkawżawx jonizzazzjoni tas-sustanza. Barra minn hekk, jistgħu jirreaġixxu mas-sustanza biss permezz ta 'interazzjonijiet dgħajfa seħħ żgħira. Għalhekk, huma l-partikoli subatomic aktar penetranti jgħaddix numru kbir ta 'atomi mingħajr ma jikkawżaw xi reazzjoni. Biss 1-10000000000 ta dawn il-partiċelli li jivvjaġġaw permezz tal-drapp b'distanza ugwali għad-dijametru tal-pjaneta, jirreaġixxi mal protoni jew newtroni.

Fl-aħħarnett, fl-1956 grupp ta 'fiżiċi Amerikani, immexxija minn Frederick Reines rrappurtati l- iskoperta tal-antineutrino elettron. F'esperimenti dan antineutrinos reattur nukleari rradjata, reazzjoni ma 'protoni, li jiffurmaw newtroni u positrons. Uniku (u rari) firem enerġija tal-aħħar prodotti sekondarji kien prova tal-eżistenza tal-partiċelli.

Ftuħ mitluba muons leptons kien il-punt tat-tluq għall-identifikazzjoni sussegwenti tat-tieni neutrinos tat-tip - muon. identifikazzjoni tagħhom saret fl-1962 fuq il-bażi tar-riżultati tal-esperiment fil-aċċelleratur tal-partiċelli. High-enerġija neutrinos muons tmermir iffurmati minn pi-mesons u diretti lejn il-ditekter b'tali mod li kien possibbli li jiġu eżaminati reazzjoni tagħhom mas-sustanza. Minkejja l-fatt li huma mhux reattiv, kif ukoll tipi oħra ta 'partiċelli, instab li fil-każijiet rari meta jirreaġixxu ma protoni jew newtroni, muons, muons neutrinos, iżda qatt elettroni. Fl-1998, fiżiċi Amerikana Leon Lederman, Melvin Schwartz u Dzhek Shteynberger ġew mogħtija l-Premju Nobel fil-fiżika għall-identifikazzjoni ta 'muon-neutrinos.

Fil-nofs l-1970, il-fiżika neutrino miksuba tip ieħor ta 'leptons mitluba - tau. Tau-neutrino u tau-antineutrinos kienu assoċjati ma 'din it-tielet LEPTON mitluba. Fl-2000, fiżiċi fil-Laboratorju Nazzjonali aċċeleratur. Enrico Fermi rrappurtati l-ewwel evidenza sperimentali tal-eżistenza ta 'dan it-tip ta' partiċelli.

piż

It-tipi kollha ta 'neutrinos jkollhom massa, li huwa ħafna inqas minn dak tas-sħab tagħhom inkarigati. Per eżempju, esperimenti juru li l-massa ta 'l-elettron' neutrino għandu jkun inqas minn 0.002% tal-massa elettron u s-somma tal-mases tal-tliet varjetajiet għandu jkun anqas minn 0.48 eV. Il-ħsieb għal ħafna snin li l-massa tal-partiċelli huwa żero, għalkemm ma kien hemm ebda evidenza teoretika konvinċenti, għaliex għandu jkun il-mod. Imbagħad, fl-2002, l-Osservatorju Sudbury Neutrino inkisbet l-ewwel evidenza diretta li elettroni neutrinos emessa minn reazzjonijiet nukleari fil-qalba tax-xemx, sakemm jgħaddi minnhom, tibdel it-tip tiegħu. Tali "oxxillazzjonijiet" neutrino possibbli jekk wieħed jew aktar mill-partiċelli jkollu massa żgħira. istudji tagħhom l-interazzjoni ta 'raġġi kosmiċi fil-atmosfera tad-Dinja jindikaw ukoll il-preżenza ta' massa, iżda esperimenti oħrajn huma meħtieġa biex jiddefinixxu b'mod aktar preċiż.

sorsi

Sorsi naturali ta neutrinos - tmermir radjuattiv mill-elementi fi ħdan l-earth, li joħroġ fil-fluss kbir ta 'enerġija baxxa elettroni-antineutrino. Supernovae huma wkoll b'vantaġġ neutrino fenomenu, peress li dawn il-partiċelli jistgħu biss jippenetraw materjal hyperdense iffurmata fl stilla taħfir; biss parti żgħira tal-enerġija huwa konvertit għal dawl. Kalkoli juru li madwar 2% ta 'enerġija solari - l neutrinos enerġija ffurmati reazzjonijiet tal termonukleari fużjoni. Huwa probabbli li ħafna mill-kwistjoni dlam tal-univers huwa magħmul mill-neutrinos prodotti matul il Big Bang.

problemi fiżika

Oqsma relatati mal-neutrino astrofiżika, u diversi u malajr jevolvu. kwistjonijiet attwali li jattiraw numru kbir ta 'sforzi sperimentali u teoretiċi, dawn li ġejjin:

• Liema huma l-mases Neutrino differenti?
• Kif dawn jaffettwaw Cosmology, il Big Bang?
• huma jitbandal?
• Nista tip wieħed ta 'neutrino dawriet fis ieħor kif ivvjaġġar permezz kwistjoni u l-ispazju?
• Huma neutrinos fundamentalment differenti minn antiparticles tagħhom?
• Kif stilla kollass biex jiffurmaw Supernova?
• X'inhu r-rwol tal neutrinos fil Cosmology?

Waħda mill-problemi antiki ta 'interess partikolari hija l-hekk imsejħa problema neutrino solari. Dan l-isem jirreferi għall-fatt li matul diversi esperimenti terrestri mwettqa matul l-aħħar 30 sena, kontinwament osservati l-partiċelli iżgħar minn meħtieġa biex tipproduċi l-enerġija irradjata mill-xemx. Soluzzjoni waħda possibbli hija l-oxxillazzjoni, jiġifieri. E. It-trasformazzjoni ta 'neutrinos elettroni li muon jew tau matul il-vjaġġ lill-Dinja. Allura kemm aktar diffiċli biex jitkejjel muon ta 'enerġija baxxa jew neutrinos tau, dan it-tip ta' trasformazzjoni jispjega għaliex aħna ma tara l-ammont korrett ta 'partiċelli fid-Dinja.

Ir-raba 'Premju Nobel

Premju Nobel fil-Fiżika 2015 ngħata lill Takaaki Kaji u Arthur MacDonald għas-sejbien tal-massa neutrino. Dan kien ir-raba 'għoti simili assoċjati ma' kejl sperimentali ta 'dawn partiċelli. Xi ħadd jistgħu jkunu interessati fil-kwistjoni ta 'għala għandna kura daqstant dwar xi ħaġa li bilkemm jinteraġixxu ma' materja ordinarja.

Il-fatt li aħna jistgħu jindividwaw dawn il-partiċelli effimeru, hija xhieda għerf tal-bniedem. Billi r-regoli tal-mekkanika kwantistika, probabilistiċi, nafu li, minkejja l-fatt li kważi kollha ta 'neutrinos jgħaddu mill-Dinja, xi wħud minnhom se jinteraġixxu miegħu. Id-ditekter hija kapaċi biżżejjed daqs kbir hija rreġistrata.

L-ewwel mezz bħal nbniet fl-sittinijiet, fonda fil-minjiera South Dakota. Ix-xaft kienet mimlija 400,000. Fluwidu L tindif. Fuq medja neutrino partiċella waħda kuljum jinteraġixxi ma 'atomu tal-klorin, dan jinbidel argon. Oerhört, Raymond Davis, li kien responsabbli għall-detector, ivvintat metodu għas-sejba ta 'atomi argon multipli, u erba' snin wara, fl-2002, għal dan ADT inġinerija aqwa kien mogħti l-Premju Nobel.

astronomija ġdida

Minħabba neutrinos jinteraġixxu hekk dgħajjef, huma jistgħu jivvjaġġaw distanzi kbar. Huma tagħtina idea fis-postijiet li inkella aħna qatt ma raw. Neutrinos skoperti Davis, iffurmata bħala riżultat tar-reazzjonijiet nukleari li seħħew fil-qalba tax-xemx, u kienu kapaċi li jħallu din sedil oerhört dens u sħun sempliċiment minħabba li ma jinteraġixxu ma 'materja oħra. Tista 'anki jiskopru neutrinos emessi mill-ċentru ta' stilla sploda f'distanza ta 'aktar minn mitt elf ħfief snin mid-Dinja.

Barra minn hekk, dawn il-partiċelli jagħmluha possibbli li wieħed josserva l-univers fuq skala żgħira ħafna tagħha, ħafna iżgħar minn dawk li fihom tista 'tfittex fil-Collider Hadron Kbir f'Ġinevra, skoprew il- boson Higgs. Huwa għal din ir-raġuni li l-Kumitat Nobel iddeċieda li jagħti l-Premju Nobel għall-iskoperta tal-neutrino ta 'tip ieħor.

nuqqas misterjuża

Meta Ray Davis osservati neutrinos solari, huwa sab biss terz tal-kwantità mistennija. Ħafna fiżiċi jemmnu li r-raġuni għal dan hija l-nuqqas ta 'tagħrif astrofiżika tal-Xemx: forsi shone mudell sottoswol stmat iżżejjed l-ammont prodott neutrino tagħha. Madankollu, għal ħafna snin, anke wara l-mudelli solari tjiebu, l-iżbilanċ baqa. Fiżiċi jkollhom attenzjoni lill possibbiltà oħra: il-problema tista 'tkun relatata mal-perċezzjoni tagħna ta' dawn il-partiċelli. Skond it-teorija, allura jipprevali huma ma kellhomx il-piż. Iżda ċerti fiżiċi argumentaw li fil-fatt l-partiċelli jkollhom massa infiniteżmali, u din il-massa kienet ir-raġuni għan-nuqqas tagħhom.

partiċelli Tliet Quddiem

Skond it-teorija ta 'oxxillazzjonijiet neutrino, fin-natura, hemm tliet tipi differenti ta' minnhom. Jekk partiċelli għandu massa, li kif jiċċaqlaq jista 'jgħaddi minn tip wieħed għall-ieħor. Tliet tipi - elettroni, muons u tau - fl-interazzjoni mas-sustanza jista 'jiġi kkonvertit għall-partiċelli ċċarġjati korrispondenti (elettroni u tau muon leptons). "Oxxillazzjoni" huwa dovut għall-mekkanika kwantistika. tip neutrino mhuwiex kostanti. Tibdel maż-żmien. Neutrinos, li beda l-eżistenza tagħha bħala e-mail, tista 'tinbidel muon, u mbagħad lura. Għalhekk, partiċelli, iffurmata fil-qalba tax-xemx, fit-triq lejn id-Dinja jista 'jiġi kkonvertit perjodikament fi neutrinos muon u viċi versa. Peress Davis ditekter setgħet issib biss elettron-neutrinos, li jistgħu jwasslu għal trasmutazzjoni nukleari ta 'klorin fl argon, deher possibbli li l-neutrino nieqsa jiddawwar tipi oħra. (Jirriżulta li neutrinos oscillate ġewwa l-Xemx, u mhux fit-triq lejn id-Dinja).

L-esperiment Kanadiż

L-uniku mod biex jittestjaw dan kien li jinħoloq detector li ħadem għal tliet tipi ta 'neutrinos. Tibda mill-snin 90 Arthur McDonald tal-Università Reġina fl Ontario, huwa wassal it-tim, li jsir f'minjiera fil Sudbury, Ontario. Installazzjoni fih tunnellata ta 'ilma tqil, jipprovdi self mill-Gvern tal-Kanada. Ilma tqil huwa rari, iżda l-forma li jseħħu b'mod naturali ta 'ilma, li fih il-idroġenu fih proton wieħed għandu jinbidel b'dan dewterju tagħha iżotopi itqal, li jinkludi protoni u newtroni. gvern Kanadiż maħżunin ilma tqil, m. K. Huwa użat bħala refriġerant f'reattur nukleari. It-tliet tipi ta 'neutrinos jistgħu jeqirdu dewterju biex jiffurmaw protoni u newtroni, l newtroni u mbagħad magħduda. Detector reġistrati dwar tliet darbiet in-numru meta mqabbla ma 'Davis - eżattament l-ammont li l-aħjar mbassra l-mudelli Sun. Dan jissuġġerixxi li l-elettron-neutrinos jistgħu jitbandal f'tipi oħra tagħha.

esperiment Ġappuniż

Madwar l-istess ħin, Takaaki Kadzita mill-Università ta 'Tokyo mwettqa esperiment notevoli ieħor. Detector mmuntati fil-xaft fil-Ġappun rreġistrati neutrinos ġejjin mhux mill-intern tal-xemx, u mill-atmosfera ta 'fuq. Fil kolliżjonijiet proton taċ raġġi kosmiċi bil-atmosfera huma ffurmati showers ta 'partiċelli oħra, inklużi neutrinos muon. Fil-minjiera huma konvertiti għal nuklei idroġenu fil muons. Detector Kadzity tista 'tara partiċelli ġejjin f'żewġ direzzjonijiet. Xi waqa minn fuq, li ġejjin mill-atmosfera, filwaqt li oħrajn qed jimxu mill-qiegħ. In-numru ta 'partikuli kienet differenti, li tkellem dwar in-natura differenti tagħhom - kienu f'punti differenti fl ċiklu oscillatory tagħha.

Rivoluzzjoni fix-Xjenza

Huwa kollha oxxillazzjonijiet eżotiku u sorprendenti, iżda għaliex neutrino u l-massa jattiraw attenzjoni tant? Ir-raġuni hija sempliċi. Fil-mudell standard tal-fiżika tal-partiċelli elementari, żviluppat matul l-aħħar ħamsin sena tas-seklu għoxrin, li jiddeskrivi b'mod korrett l-osservazzjonijiet l-oħra fil-aċċeleraturi u esperimenti oħra, il-neutrinos kellhom ikunu massless. L-iskoperta ta 'massa neutrino tindika li xi ħaġa hija nieqsa. Il-Mudell Standard ma tkunx kompluta. elementi għad iridu jiġu skoperti nieqsa - bl-għajnuna ta 'l-Collider Hadron Kbir jew l-oħra, għadha ma ħolqot magna virtwali.