Doar despre misterul complex al celor mai mici particule din univers, sau cum să prindă neutrini

Neutrinii sunt incredibil de mici fracțiune din univers, deține atenția oamenilor de știință are aproape un secol. Pentru neutrino de cercetare a acordat mai multe premii Nobel decât opera orice alte particule, și pentru a studia construi instalații uriașe, cu un buget de state mici. Alexander Nozick, un cercetator principal la Institutul de Cercetări Nucleare, RAS, profesorul MIPT și membru al căutării pentru masa neutrino „Troitsk Nu-masa“ a experimentului, explică modul în care să-l studieze, dar cel mai important - cum să-l totul prinde.

Riddle din energia furată

Alexander Nozick

De-a lungul timpului, dispozitivele au devenit mai precise, și în curând pentru a scrie pe posibilitatea unei anomalii similare în eroare de hardware a fost plecat. Deci, a existat un mister. În căutarea de indicii de oameni de știință sale au diferite, chiar complet absurdă de standardele ipotezele de astăzi. În sine Nils Bor, de exemplu, a făcut o declarație fermă că legile de conservare nu se aplică în lumea particulelor elementare. Salvat situația de Wolfgang Pauli în 1930. El nu a putut să participe la conferința de fizicieni din Tübingen și, să nu fie în măsură să participe la distanță, am trimis o scrisoare, care a cerut să citească. Iată câteva fragmente din ea:

Wolfgang Pauli

„doamnelor și domnilor radioactive Dragi. Vă rog să ascultați cu atenție momentul cel mai convenabil de mesager, pentru a oferi această scrisoare. El vă va spune că am găsit un instrument excelent pentru lege de conservare și statistici corecte. Acesta se află în posibilitatea existenței unor particule neutre electric ... Continuitate beta-spectru ar fi de înțeles dacă presupunem că beta-dezintegrare cu fiecare electron emite o „neutron“, iar suma energiilor „neutroni“ și electroni este constantă ... "

Următoarele linii au fost în finala scrisorii:

„Nu-l risc - nu pentru a câștiga. Gravitatea situației atunci când se analizează beta continuă cu spectru devine deosebit de vie, după cuvintele prof. Debye mi-a spus cu regret, „Oh, mai bine să nu se gândească la toate astea ... ce zici de noi taxe.“ Prin urmare, este necesar să se discute serios orice fel de mântuire. Deci, oameni dragi radioactive, se expune la încercare și judecător. "

Mai târziu, Pauli însuși și-a exprimat îngrijorarea că, deși ideea lui și salvează fizica Microworld, noua particula nu va fi niciodată descoperite experimental. Se spune că el a susținut chiar și cu colegii mei că, în cazul în care o particulă este, ea nu poate fi detectat în timpul vieții lor. În următorii câțiva ani, Enrico Fermi a creat teoria dezintegrarea beta care implică particule numite neutrini, care este strălucit coordonate cu experimentul. După aceea, nimeni nu a fost lăsat în nici o îndoială că există într-adevăr particula ipotetică. In 1956, cu doi ani înainte de moartea lui Pauli, neutrino a fost detectat experimental în grupul dezintegrarea beta inversă Frederika Raynesa și Clyde Cowan (Raines a primit Premiul Nobel).

Cazul neutrinilor solare lipsă

De îndată ce a devenit clar că neutrino, deși dificil, dar încă posibil să se înregistreze, oamenii de știință au început încercând să prindă neutrini de origine extraterestră. Cea mai evidentă dintre sursa lor - soarele. Aceasta are loc în mod constant reacție nucleară și se poate calcula că peste fiecare centimetru pătrat de suprafața pământului se extinde aproximativ 90 de miliarde de neutrini solare pe secundă.

La acea vreme, cea mai eficientă metodă de capturare a neutronilor solari a fost metoda radiochimice. Esența ei este după cum urmează: neutrini solar ajunge pe Pământ interacționează cu kernel-ul; se dovedește, de exemplu, 37Ar nucleu și electroni (este această reacție a fost utilizată în experimentul lui Raymond Davis, pentru care a fost dat ulterior Premiul Nobel). După aceea, numărarea numărului de atomi de argon, putem spune cum au interacționat multe neutrini în timpul expunerii la volumul detectorului. În practică, desigur, nu este atât de simplu. Trebuie să se înțeleagă că unitatea trebuie să citească atomii de argon, în greutate de țintă sute de tone. Raportul de greutate este aproximativ aceeași ca și între masa și masa furnicii pământului. Și apoi a fost descoperit că răpit ⅔ de neutrini solare (flux măsurat a apărut de trei ori mai mică decât a prezis).

Desigur, prima suspiciune a căzut pe Soare în sine. Într-adevăr, pentru a judeca viața sa interioară, putem doar prin dovezi circumstanțiale. Nu se cunoaște modul în care neutrinii sunt produse, și este chiar posibil ca toate model solar greșit. Am discutat o mulțime de ipoteze diferite, dar în cele din urmă, oamenii de știință au fost înclinați să creadă că la urma urmei nu e soare, dar în natura delicată a neutrinilor în sine.

Micul digresiune istorică: în perioada cuprinsă între descoperirea experimentală de experimente cu neutrino și pentru studiul neutrinilor solare a fost încă unele descoperiri interesante. În primul rând, a deschis antineutrini și a demonstrat că neutrino și antineutrino în moduri diferite implicate în interacțiunile. Și toate neutrinii în toate interacțiunile sunt întotdeauna la stânga (proiecția spinului pe direcția de mișcare este negativă), și toate antineutrini - dreapta. Nu numai că această proprietate se observă între toate particulele elementare doar neutrini, ea, de asemenea, indică în mod indirect faptul că universul nostru nu este simetric deloc. În al doilea rând, sa constatat că corespunde tipului sau gustul neutrino fiecare lepton încărcat (electron, miuonic și leptoni tau). Și fiecare tip de neutrini interacționează numai cu leptoni lor.

Să ne întoarcem la problema noastră solară. In anii '50 ai secolului XX, sa sugerat că aroma lepton (tip neutrino) nu este necesar să fie menținută. Asta este, dacă neutrinul electronic născut într-o singură reacție, se poate schimba și modul în care pentru a ajunge la calea neutrinului muoni la o altă reacție. Acest lucru ar putea fi explicat prin lipsa de neutrini solare în experimentele radiochimică sunt sensibile numai la neutrini de electroni. Această ipoteză a fost confirmată atunci când un mare mod de neutronilor solari măsurători de flux în experimentele de scintilație cu țintă ridicat de apă SNO și Kamiokande (predat recent peste un alt Nobel). In aceste experimente, studiul nu a inversa beta reacție degradare și de neutrino împrăștiere, care poate avea loc nu numai electronic, ci și cu neutrini miuonici. Când în loc fluxul de electroni de neutrini a început să măsoare fluxul total al tuturor tipurilor de neutrino, rezultatele au confirmat marea tranziție de neutrini de la un tip la altul, sau oscilațiile neutrinilor.

Încercarea privind Modelul Standard

Descoperirea oscilațiile neutrinilor, decide o problemă a creat câteva altele noi. Concluzia este că, deoarece timpii de neutrini Pauli considerate particule lipsite de masă, cum ar fi fotoni, iar acest lucru este aranjat. Încercările de a măsura masa neutrino a continuat, dar fără prea mult entuziasm. Oscilații toate schimbat la masa lor de existență, deși mică, este necesară. Descoperirea masa unui neutrino, desigur, a condus spre deliciul experimentatori, dar nedumerit teoreticieni. În primul rând, neutrinii masive nu se încadrează în modelul standard al fizicii particulelor elementare pe care oamenii de știință au construit de la începutul secolului XX,. În al doilea rând, este cel mai misterios neutrinii stânga și antineutrino bine dreptaci explicat din nou doar pentru particule lipsite de masă. În cazul în care prezența în masă a neutrinilor stângaci au o șansă de a trece la dreapta, adică antiparticula, încălcarea legii aparent imuabile de conservare a numărului leptoni, sau chiar să se transforme într-un fel de neutrini, care nu sunt implicate în interacțiune. Astăzi, o astfel de particulă ipotetică numită neutrino steril.

Desigur, căutarea experimentală pentru masa neutrino a fost reluată imediat brusc. Dar imediat a apărut întrebarea: cum se măsoară masa faptul că nici măcar nu se poate prinde? Răspunsul este nu pentru a prinde neutrini, în general. Astăzi, cele mai dezvoltate în mod activ două moduri - căutarea directă a masei neutrino în descompunere beta și de supraveghere neutrinoless dezintegrarea beta dubla. În primul caz, ideea este foarte simplu. Nucleul dezintegreaza cu emisie de un electron și un neutrino. Neutrinii nu poate prinde, dar pentru a prinde și a măsura foarte precis posibil de electroni. Spectrul de electroni poartă informații despre masa neutrino. Un astfel de experiment - una dintre cele mai dificile din fizica particulelor, dar este un plus clar în faptul că aceasta se bazează pe principiile fundamentale de conservare a energiei și de impuls, iar rezultatul depinde un pic de ceea ce. Acum este cel mai bun limita de pe masa de neutrini este de aproximativ 2 eV. Este de 250.000 de ori mai mică decât un electron. Aceasta este chiar greutatea nu a fost găsit, dar numai un cadru limitat de top.

Bosonul Higgs nu va ajuta

problemă masivă neutrino nu a fost rezolvată până în prezent. Teoria Higgs nu poate explica atât de puțin în greutate. Este o nevoie de o complicație semnificativă sau atragerea unor legi mai complicată, care neutrinii interactioneaza c restul lumii. Fizicienii implicate în studiul neutrinilor, de multe ori a pus întrebarea: „Cum cercetarea neutrinilor ar putea ajuta omul mediu pe stradă? Ce fel de beneficii financiare sau de altă poate fi derivată din această particulă? „Fizicienii din umeri. Și ei chiar nu știu. Odată ce studiul diode semiconductoare aplicate fizicii pur fundamentale, fără nici o aplicație practică. Diferența este că tehnologiile care sunt în curs de dezvoltate pentru crearea de experimente moderne in fizica neutrinilor, utilizate pe scară largă în industria chiar acum, astfel încât fiecare sferă imbricat în penny pentru a plăti rapid. Acum, mai multe experimente sunt plasate în lume, scara de care este comparabil cu amploarea LHC-ului; Aceste experimente au fost direcționate exclusiv studiul proprietăților neutrinice. Care dintre ele va deschide un nou capitol în fizică, nu se cunoaște, dar cu siguranta deschis.

Nu ratați următoarele prelegeri: