Само за комплекс тайната на най-малките частици във Вселената, или как да хванеш неутрино

Неутрино са невероятно малка част от Вселената, държи вниманието на учените е почти един век. За неутрино изследвания спечели повече Нобелови награди от работата на други частици, и да учи го изгради огромни инсталации с бюджет от малки държави. Александър Нозик, старши научен сътрудник в Института за ядрени изследвания, RAS, MIPT учител и член на търсенето на неутрино маса "Троицк ню маса" на експеримента, се обяснява как да го изучават, но най-важното - как да го събера.

Riddle на открадната енергия

Александър Нозик

С течение на времето, устройствата стават по-точни, а скоро да отпишат възможността за подобна аномалия в грешката на хардуер беше изчезнал. Така че не е загадка. В търсене на улики на своите учени са различни, дори напълно абсурдно и по днешните стандарти предположения. Сама по себе си Нилс Бор, например, направи силно изявление, че законите за опазване не се прилагат в света на елементарните частици. Спасен ситуацията от Волфганг Паули през 1930. Той не успя да присъства на конференцията на физиците в Тюбинген и, не е в състояние да участва дистанционно, аз изпратих писмо, което иска да чете. Ето някои откъси от нея:

Волфганг Паули

"Скъпи радиоактивни дами и господа. Моля ви да слушате внимателно към най-удобното време на пратеника, да достави това писмо. Той ще ви каже, че съм намерил един чудесен инструмент за опазване на закона и правилни статистика. Тя се намира във възможността за наличието на електрически неутрални частици ... непрекъснатост бета-спектър ще бъде разбираемо, ако приемем, че бета-разпад с всеки електрон излъчва "неутрони", и сумата на енергиите на "неутрон" и електрон е постоянна ... "

Следващите редове са били на финала на писмото:

"Не рискувайте - да не спечели. Сериозността на ситуацията, когато се разглежда непрекъснат спектър бета става особено ярко след думите на проф. Дебай ми каза със съжаление: "О, по-добре да не мисли за всичко това ... какво ще кажеш за нови данъци." Поради това е необходимо да се обсъди сериозно всеки път за спасение. Така че, скъпи радиоактивни хора, е изложена на теста и съдията. "

По-късно самият Паули изрази загриженост, че, въпреки че идеята му и спестява физиката на микросвета, новата частица никога няма да бъдат открити експериментално. Казват, че той дори твърди, с колегите си, че ако една частица е, че не могат да бъдат открити в живота си. През следващите няколко години, Енрико Ферми създава теорията на бета разпад, включващи частици, наречени неутрино, които се съгласуват с блестящо експеримента. След това никой не остана никакво съмнение, че хипотетичната частица наистина съществува. През 1956 г., две години преди смъртта Паули, неутриното е експериментално открива в бета-разпад групата обратна Фредерика Raynesa и Клайд Cowan (Рейнс получи Нобелова награда).

Случай на липсващата слънчева неутрина

Веднага след като стана ясно, че неутриното, макар и трудно, но все пак е възможно да се регистрират, учените започват опитва да улови неутрино от извънземен произход. Най-очевидният от техния източник - слънцето. Тя постоянно появяващи ядрена реакция и може да се изчисли, че през всеки квадратен сантиметър от повърхността на земята се простира на около 90 милиарда слънчеви неутрино в секунда.

По това време, най-ефективният метод за улавяне на слънчевата неутрино беше радиоактивната метод. Същността му е, както следва: слънчева неутрино пристига на Земята взаимодейства с ядрото; Оказва се, например, 37Ar ядро ​​и електрони (е тази реакция се използва в експеримента на Реймънд Дейвис, за което впоследствие беше даден Нобелова награда). След това, отчитане на броя на аргонови атоми, можем да кажем колко неутрино взаимодействат по време на излагането на обема на детектора. На практика, разбира се, не е толкова просто. Трябва да се разбере, че устройството трябва да прочете аргонови атомите в целта с тегло стотици тонове. Тегловното съотношение е приблизително същата като между масата и масата на земята мравка. И след това е установено, че е отвлякъл ⅔ на слънчеви неутрино (измерена поток се е явил три пъти по-малко от предвиденото).

Разбира се, първото подозрение падна на самото Слънце. Всъщност, за да се прецени вътрешен живот, ние може само по косвени доказателства. Не е известно как неутрино са произведени, и дори е възможно, че всички слънчева модел погрешно. Обсъдихме много различни хипотези, но в крайна сметка, учените са склонни да мислят, че в края на краищата това не е слънцето, а в трудни естеството на самите неутрина.

Малко исторически отклонение: в периода между експериментално откритие на неутрино експерименти и за изучаване на слънчеви неутрино е все още някои интересни открития. На първо място, отвори antineutrinos и доказа, че неутриното и антинеутрино по различни начини, които участват в взаимодействията. И всичките неутрина във всички взаимодействия винаги са оставени (проекцията на спина на посоката на движение е отрицателна), както и всички antineutrinos - прав. Не само, че този имот е наблюдавано сред всички елементарни частици неутрино само тя непряко показва, че нашата Вселена не е симетрична на всички. Второ, беше установено, че съответства на вида или аромат на неутрино всеки зарежда лептон (електрон, мюон и тау лептонен). И всеки вид неутрино взаимодействат само с тяхно лептонно.

Нека се върнем към нашата слънчева проблем. През 50-те години на XX век, се предполага, че не се изисква вкуса лептон (тип неутрино), за да се запази. Това е, ако електрон неутрино родени в един реакция, тя може да се промени и как да се постигне по пътя на мюон неутрино в друг реакция. Това би могло да се обясни с липсата на слънчеви неутрино в радиохимически експерименти са чувствителни само към електронни неутрино. Тази хипотеза е потвърдена, когато един чудесен начин слънчевата неутрино измервания поток в сцинтилационни експерименти с висока целева вода SNO и Kamiokande (наскоро подаде друга Нобелова). В тези експерименти, проучването не обратен бета реакция гниене и неутрино разсейване, които могат да възникнат не само електронен но също с мюон неутрино. Когато вместо на потока от електрони неутрино започна да измерва общата поток на всички видове неутрино, резултатите потвърждават големия преход на неутрино от един вид в друг, или неутрино трептения.

Опитът на Стандартния модел

Откриването на неутрино трептения, решавайки един проблем е създал няколко нови. Долната линия е, че тъй като времето на неутрино Pauli счита безмасови частици като фотони, и всичко това е разположена. Опитите да се измери масата неутрино продължиха, но без особен ентусиазъм. Трептенията всичко се промени по отношение на тяхното съществуване маса, макар и малък, не се изисква. Откриването на масата на неутриното, разбира се, води до радост на експериментатори, но озадачи теоретици. На първо място, масивни неутрино не се вписват в Стандартния модел на физиката на елементарните частици, които учените са построени от началото на ХХ век. На второ място, това е най-загадъчните неутрино лява и дясна ръка антинеутрино и само отново обясни за безмасовите частици. Когато масовото присъствие на левичарите неутрино имат шанс да се движи надясно, че е най-античастица, чупене на пръв поглед неизменни закона за запазване на номер лептонно, или дори да се превърне в един вид неутрино, които не участват във взаимодействието. Днес, като хипотетичен частиците нарича стерилен неутриното.

Разбира се, експерименталната търсенето на неутрино маса веднага възобновено рязко. Но веднага възниква въпросът: как да се измери масата на факта, че не може дори да хване? Отговорът е не да хване неутрино като цяло. Днес, най-активно, разработени два начина - търсене на неутрино маса в бета разпад и наблюдение neutrinoless двойно бета разпад. В първия случай, идеята е много проста. Ядрото се разпада с емисия на електрон и неутрино. Неутрино не може да хване, но да хване и се измери много точно възможно електрон. Електрон спектър носи информация за масата на неутриното. Такъв експеримент - един от най-трудните в физиката на елементарните частици, но е определен плюс във факта, че тя се основава на основните принципи на икономия на енергия и импулс, а резултатът зависи малко от това, което. Сега е най-добрата граница на масата на неутриното е около 2 EV. Това е 250000 пъти по-малък от един електрон. Това е много теглото не е намерен, но само ограничен горния кадър.

Хигс бозон няма да помогне

масивна неутрино проблем не е решен досега. Хигс теория не може да обясни толкова малко тегло. Той я отвежда значително усложнение или привличане на някои по-сложни закони, които неутрино взаимодействат в останалата част на света. Физиците, участващи в изследването на неутрино, често задавани въпроса: "Как неутрино изследвания може да помогне на обикновения човек на улицата? Какъв вид финансова или друга облага може да се извлече от тази частица? "Физиците вдигат рамене. И те наистина не знам. След изследване на полупроводникови диоди прилага чисто фундаменталната физика, без никакво практическо приложение. Разликата е, че технологиите, които се разработват за създаването на съвременни експерименти в неутрино физика, широко използвани в индустрията в момента, така че всяка сфера вложен в стотинка, за да изплати бързо. Сега, няколко експеримента са поставени в света, чийто мащаб е сравнима с мащаба на LHC; Тези експерименти бяха насочени единствено към изследването на неутрино свойства. Кой от тях ще отвори нова глава в областта на физиката, не е известно, но това определено ще се отвори.

Не пропускайте следните лекции: