Неутрални колебания. Примери за възможни прояви и приложения

Началото на XXI век се превърна в време на сензационни открития в областта на физиката на неутрино. Получените досега резултатите инициират допълнителни експериментални и теоретични изследвания Свойствата на неутрино в две основни направления:

1. Проучване на характеристиките на неутрино свръхестествените енергии като единични частици, които могат да дадат научна информация за далечните региони на нашата вселена.
2. Изследването на взаимните смазочни дисплеи на неутрино от различни вкусове - така наречените. Колебания на неутрино.

Тази статия е посветена на представянето на основните резултати, постигнати в тази втора посока на изследванията.
Неутрино принадлежат към фундаментални фермиони (виж таблицата) всички частици, посочени в таблицата, са върти J / ћ. Дванадесет фундаментални фермиони съответстват на 12 фундаментални антиферика.

Съществуването на три разновидности на неутрино, характеризираща се с Quantum номер "аромат ( аромат) ". Те съответстват на три разновидности на антинеутрино. Имената на различни неутрино идват от имената на техните заредени "партньори" според Lepton Group: Електрон, мюон и Тау-Лептън, чиято почивка, съответно, 0.511 MeV, 106 MEV и 1777 MEV.
През 1930 г. Волфганг Паули предложи непрекъснато естество на β-гниещия електронния спектър да бъде обяснено с факта, че заедно с електрон при β-гниене, той лети без частица с полупристорк, който не е регистриран чрез конвенционални детектори. Изследването на β спектрата показва, че масата на тази частица трябва да бъде много малка - много по-малко електронна маса. (Името на тази частица - Неутрино \u003d "неутрон" Той принадлежи към Е. Ферми и е въведен през 1932 г. след отварянето на неутрон).
Първо експериментално потвърждение Наличието на неутрино е получено чрез измерване на кинетичната енергия на ядрото на Ли, генерирана по време на процеса на улавяне на електрона с ядрото на берилие:

7 е + e - → 7 li + ν e.

Сред многото проблеми, свързани с неутрино физиката, проблемът с неутринската маса (Antineutriino) беше привлечен.
Изследването на формата на спектрите на β-гниене позволи на неутринската маса да е много малка и оценката на тази величина през годините е намаляла все повече и повече. Проведени са проучвания за тези разпадания, където общата енергия на електрона и антиненеутрино (или позитрон и неутрино) е малка. Това гниене е срив на тритий:

Как е разликата между неутрино свойствата и антинеутрино? Слънцето (като други звезди) е източник на електронни neutrino. Поради реакцията на синтеза Deuteron:

p + p → d + e + + ν e.

Всеки ядрен реактор е мощен източник на електронни Antinerino.произтичащи от неутрони:

n → p + e- + E.

Опитите на Р. Дейвис Регистрирайте неутрино от ядрен реактор Използване на реакцията
E + 17 CL → 17 AR + E - не е увенчано с успех. Така че е експериментално доказано, че неутрино и антиненеутрино различни частици.
В голяма серия експерименти, провеждани от R. Davis, интензивността на реакцията на реакцията ν e + 17 cr → 17 AR + E се изследва от неутрино потока, роден на слънце. Експериментите на Дейвис, които бяха извършени в продължение на 30 години, показаха, че стойността на измерения слънчев неутрино дебит е значително по-малък от модела на Слънцето. Измервания на електронни нишки на неутрино от слънцето, изразходвани за други инсталации, също неизменно показаха техния дефицит.
Възможно обяснение Това явление е трансформация на едно разнообразие от неутрино към други - т.нар Нутрино колебания. За първи път идеята за неутрино колебание е изразена от Б. Pontecormo.
Разликата в неутрино (и антиненеутрино) на различни аромати се проявява в реакции, при които е включен неутрино. Разликата в реакциите, причинени от лепта с различни вкусове, предизвика въвеждането на три различни квантови числа, наречени "Lepton зареждания": L E, L μ, L τ. Лептони от първото поколение (виж таблицата) имат такса Lepton l e \u003d 1, l μ \u003d l τ \u003d 0, секунда L e \u003d 0, l μ \u003d 1, l τ \u003d 0, третата l e \u003d l μ \u003d 0, l τ \u003d 1. Признаците на Lepton зареждания на антипартик са противоположни на знаците на частиците. Преди създаването на неутрино-колебания като експериментален факт, се смята, че тези квантови числа се съхраняват във всички реакции. Например, в разпадането π + → μ + + ν μ, божур, който няма заряд на лептън, попада в положителен муон с L μ \u003d -1 и муонски неутрино ν μ с L μ \u003d +1. По този начин, таксата на Lepton в разпадането е запазена. В срукването на мюони
μ + → e + + ν e + μ Lepton обвиненията също са запазени. Наистина, зарядът на Lepton за положителен муон е равен на l μ \u003d -1, както и мюон антинетрино. Електронните зареждания на Lepton на позитрон и електронния неутрино са равни на модула и са противоположни на знака. Тези факти доведоха до заключението относно наличието на точни закони за запазване на всеки от "сортовете" на Lepton такси отделно. Експерименталното потвърждение на хипотезата върху точното съхранение на всеки от техните видове Lepton зарежда се извършва индивидуално на ускорителите, за да се намери дезинтеграцията на мюони към електрон (позитрон) и γ-квантово: μ - → e - + γ, \\ t
μ + → E + + y. Фактът, че тези насеки не са открити, се обясняват с проявлението на Закона за опазване на обвиненията на Лептън.
Въпреки това, наблюдение на неутринните трептения - т.е. Преобразуванията на неутрино на един аромат в неутрино на друг аромат доказват, че тези закони за опазване могат да нарушат. Изцеленията на неутрино - и тяхното съществуване вече са доказани - водят до друга интересна следствие: неутрино, посочени в таблицата на фундаменталните фермиони, нямат твърдо дефинирана маса! Характеризиращите функции на вълната са суперпозиции на вълновите функции на частиците с определени маси, а колебанията са проявление на естеството на квантовата вълна на тези частици. (Следва да се припомни, че физиката на частиците вече е срещала подобен феномен в изследването на упадъците на неутрални K-мезони). Помислете за опростена квантова физика на неутрино колебанията.

Квантова физика на неутрино колебанията

Ако лептонови номера l e, l μ, l τ не са абсолютно постоянни квантови числа, И ако неутрино не са нула, но крайните маси, възможно е да се трансформира неутрино от едно "поколение" в неутрино на друго "поколение". Този процес може да бъде описан вътре квантова физика Като неутрино колебания (виж например).
Помислете за процеса на неутрино колебания за два неутрино: електронен и мюон. (Обобщението на три вида неутрино ще бъде твърде тромаво). Функциите на вълната на електронните и муонните неутрино са функции на времето и се подчиняват на уравнението на Schrödinger:

Преход от неутрино заявки ν 1 (t), ν 2 (t) до ν e (t), ν μ (t) и обратно, извършено от единна матрица, която е удобно да се представи чрез cos θ и sin θ ъгъл θ , които ще бъдат посочени в "Смесния ъгъл":

	(4)
	(5)

Ако ъгълът на смесване е 0, смесването липсва и ν 1 (t), ν2 (t) съвпада с ν e (t), ν μ (t). (Подобна ситуация възниква при θ \u003d π / 2 - но ν 1 (t), ν 2 (t), в този случай те съвпадат съответно с ν μ (t), ν e (t)).
Помислете за ситуацията, когато неутрино от един тип присъстват в началния момент на времето, например електронни ν μ (t) \u003d 0; ν e (t) \u003d 1. След това от (4) следва, че ν 1 (0) \u003d cos θ; ν 2 (0) \u003d sin θ.
Според уравнение (3)

(Тригонометрични съотношения се използват в превръщането (7) :)
От (7) получаваме интензивността на потока на електронни неутрино като функция на времето:

(Изчисляване на вероятността за откриване на електронни неутрино в лъч, основно се състои от муонски неутрино, се извършва по същия начин и дава същия резултат.)
Така вероятността от трептенията на неутрино зависи от трите аргумента:

1) от ъгъл на смесванесвързани с количеството на хамилтоновото взаимодействие h int;

2) От величината на разликата

(10)

3) От времето, което е преминало от раждането на вид неутрино.

Считат влиянието на всеки от аргументите за неутринните колебания:

1. Смесването на неутрино вълновите функции е максимално при θ \u003d π / 4, тъй като int ~ sin 2θ.

2. В изхода на формула (10), фактът, че масата на неутрино е много по-малка от кинетичната си енергия. Формулата за общата енергия на частицата e \u003d (Р2 С2 + М2 С4) 1/2 в системата ћ \u003d C \u003d 1 изглежда като e \u003d (p2 + m 2) 1/2. При условие на М.<< p

Условия.<< p соответствует «почти релятивистской» кинематике нейтрино. При этом импульсы разных нейтрино совпадают и E 2 – E 1 = m 2 /2p

С съвпадение на масата. кога колегите отсъстват.

3. Стойността определя аргумента на втория от мултипликателите с формула (9). Еднакво тази стойност е представена по такъв начин, че да се използва енергията на неутрино енергията (е) в MEV, стойностите на ΔM 2 V (EV) 2 и разстоянието до източника на неутрино (L) - в метри (m). Използване на константа за преобразуване

ћC \u003d 197 mev · FM ≡ 1.97 · 10 -7 EV · m \u003d 1; 1 EV \u003d 10 7 / 11.97 m,

ние получаваме

(11)

Така, ако разликата в масите на "първичния" неутрино е малка, забележими резултати върху изследването на трептенията могат да бъдат постигнати само ако l дължината l е голяма. Това е особено важно, ако енергията на неутрино е голяма.

Експериментални проучвания за неутрино трева

В момента има няколко експериментални комплекса за изследване на неутрино колебания.
Първите инструкции за трептенето на неутрин бяха получени при измервания на водния детектор на Chenkamikande през 1998 година.
Детекторът е резервоар от неръждаема стомана с височина 42 m и диаметър 40 m, напълнен с 50 хил. Тона специално пречистена вода. Намира се на дълбочина 1,6 км (2,7 км вода еквивалент) в Япония (мина на камизо). По стените на резервоара са разположени 11146 FEU (вътрешен детектор + 1885 8 "FEU (външен детектор).
Детекторът направи възможно надеждно да различава електронни и муонски неутрино.
Една от задачите, определени от изследователите, беше да се измери атмосферните неутрино потоци.
Неутрино се раждат в атмосферата в резултат на взаимодействието на високите енергии, излъчвани от слънчевите протони с атмосферата. Резултатът от тези реакции е главно раждането на заредени и неутрални π-мезони. Разпадането на заредени π-мезони създава следната верига от трансформации:

π + → μ + + ν μ ; π - → + μ ; μ + → e + + ν e + μ; μ - → e - + e + ν μ.

(12)

Измерванията на това устройство показват, че броят на записаните мунови неутрино е сравним с броя на електронните, въпреки че от (12) следва, че муонните неутрино трябва да бъдат два пъти повече. Фактът, че наблюдаваната аномалия е следствие от трептенията, се потвърждава от зависимостта на нишката на муонния неутрино от пътната пътека. За вертикално падащи неутрино, този път е само на 20 км, а за неутрино, попадащи в детектора отдолу от земята около 13 000 км. Потокът, идващ отдолу, беше много по-малко от горното.
Тези резултати, заедно с Davis Data, инициират създаването на специални експериментални комплекси за изучаване на проблема с неутрино трептенията. (В същия експериментален комплекс (K2K) се провежда регистрацията на муонски неутрино, родени в резултат на протонни реакции, получени в букския ускорител. Дължината на муонната неутрино път от ускорителя на KEK към свръхсад 240 км.)
Още по-убедителни доказателства за неутринни трептения бяха получени на неунд телескоп в Судбъри.

Неутрино обсерваторията в Садбъри (Канада) е построена в мина на дълбочина от 2070 m и съдържа SNO - Chenkovsky детектор на тежка вода. 1000 тона свръхкущ тежка вода (D2O) е наводнена в акрилен съд с диаметър 12 метра. Радиацията Cherenkov се записва от 9 600 фотомултипликатори, монтирани на сферата с диаметър 17 метра около съд с тежка вода. Детекторът е потопен в супер свободна обикновена вода, която се намира в кухина с диаметър 22 метра и 34 метра височина, изкопана в скала. През деня детекторът е регистриран около 10 неутринни събития.

В Съдбъри, потоците, образувани в слънцето "Borny" неутрино

Първата реакция (SS), която тече с участието на заредени токове, е чувствителна само към електронния неутрино (ν e), вторият (NC), протичащ с участието на неутрални токове, е чувствителен към всички неутрино (X - E, μ, τ ). Еластичното разсейване (ES) е чувствително към всички неутрино аромати, но до Муони и Тау в по-малка степен. Така, ако неутрино могат да се движат от един аромат в друг, неутрино потокът, измерен чрез реакцията (SS) F CC (ν e), трябва да бъде по-малък от потока, измерен чрез реакцията (ES) F ES (ν x).
В първата серия от измервания, която се провежда с помощта на реакцията (SS), е записан дефицит на електронен неутрино.
Следващата година, неутрино потоците се оценяват чрез реакция (NC).
Експерименталните данни, получени в Sudbery, позволяват да се оцени потока от слънчев неутрино чрез реакция (13) и доказват, че тя съответства на стандартния модел на Слънцето. Така дефицитът на електронния неутрино, фиксиран от Дейвис, е следствие от трептенията.
В допълнение към измерването на трептенията на атмосферните мунови неутрино, се планират и вече се извършват и вече са проведени експерименти с така наречените "дълги разстояния" ускорения неутрино. В тези експерименти, муонните неутрино, образувани в резултат на взаимодействието на ускореното до няколко протони с целевия преобразувател, преминаване на голямо разстояние под земята, се записват от детектора. В експеримента на Minos (Fermi Laboratories (USA)) Използвайте два неутрино детектори. Един от тях се намира в близост до целта на конвертора, а другата - на разстояние 725 км. Сравнение на броя на муонните неутрино, който трябва да достигне до "далечния" детектор в отсъствието на трептения, с измерения резултат, доказва наличието на трептения.
Основният резултат от всички извършени експерименти е Доказателство за съществуването на трептения и оценяват параметрите на смесването на неутрино ν 1, ν 2, ν 3. Според

(15)

Въпреки че проучванията на трептенията на неутрино и съответните ъгли на смесване, съответстващи на този феномен, вече са постигнати за ν 1, ν 2 на не лоша точност (15), смесване на параметри ν 2 , ν 3 е известно много по-лошо и надеждни оценки на смесителните параметри на неутрино ν 1, ν 3 все още не са получени.
Резултатите от проучванията на неутрино трептенията се отразяват в следната схема: правоъгълниците съответстват на неутрино ν 1, ν2, ν 3 (отдолу нагоре); Показани са приблизителни оценки на вноските в тях неутрино от различни аромати. С добра точност по това време се създава само разликата между масите ν 1, ν 2: тя е около 0.09 eV. Така че малките разлики в масите ν 1, ν2 заедно с данните на експериментите върху изследването на формата на β-спектрите ни позволяват да оценим масите на неутрино M (ν 1), m (ν 2)<2 эВ.

Литература:

1. R. Davis ml. Половин век със слънчев неутрино. UFN. 174 408 (2004)
2. Г. Перкинс - Въведение във физиката на високите енергии, М., 1991
3. М. Koshiba. Раждането на неутрино астрофизика. UFN., 174 4183(2004)

Теорията на неутрино колебанията се появи като възможно решение на проблема с дефицит на слънчеви неутрино. Същността на проблема беше, че на слънце, в съответствие със стандартния модел, неутрино главно възниква в резултат на реакцията на протон-протонния цикъл:

p + P2H + E + + E + 0.42 MeV

(Относителна вероятност за такава реакция 99.75%)

Основният източник на високоенергийни неутрино към слънцето е високоговорителите на изотопи 8б, които се появяват в реакцията 7 да бъде (P,) 8B (редки клон за рядък протонна протон):

13 N 13 C + E + + E + 1.20 MEV

15 O 15 N + E + + E + 1.73 MEV

Понастоящем има четири серии от експериментални данни за регистрацията на различни групи слънчеви неутрино. В продължение на 30 години се извършват радиохимични експерименти на базата на реакцията 37 cl + Е 37 АР + Е -. Според теорията, основният принос към тази реакция трябва да бъде направен неутрино върху разпадането на 8 V. проучвания в директна регистрация на неутрино от разпадането на 8 V с измерване на енергия и посоката на движение на неутрино се извършва в камиоканда експеримент от 1987 г. насам. Радиохимични експерименти за реакцията 71 GA + E 71 GE + E - последните пет години се извършват от две групи учени от редица страни. Важна характеристика на тази реакция е неговата чувствителност главно към първата реакция на протонния протон цикъл P + P2 D + E + E. Темпът на тази реакция определя скоростта на освобождаване на енергия в термалидната пещ на слънцето в реално време. Във всички експерименти има недостиг на слънчеви неутрино потоци в сравнение с прогнозите на стандартния слънчев модел.
Възможното решение на проблема със слънчевия неутрино дефицит е трептенето на неутрин - превръщането на електронни неутрино в мюон и тау-неутрино.
Първото нещо, което трябва да се обърне внимание, започвайки да обсъждат свойствата на неутрино, е съществуването на техните различни сортове.
Както знаете, понастоящем определено можем да говорим за три такива сорта:
ν e, ν μ, ν τ и съответно, техния антинетрино. Електронният неутрино при обмен на заредения W-Boson протича до електрона, а мюонът - в мюон (τ произвежда Тау-Лептън). Това свойство също така е позволено да определи разликата в естеството на електронния и мюон неутрино. А именно, неутринните пакети, образувани върху ускорители, се състоят главно от разпадащите се продукти на заредени π-мезони:

π + μ + + ν
π − μ − + ν

Ако неутрино не различава сортовете Lepton, неутрино така полученият с еднакъв избор ще произведе електрони и мюони, когато взаимодейства с веществото ядра. Ако всеки лептън съответства на неговия неутрино клас, тогава само сортове Muon се генерират в разпадането на божури. След това неутринният лъч от ускорителя ще бъде в огромния брой случаи, за да се получат мюони, а не електрони. Това е явлението и е регистрирано в експеримента.
След като разбере разликата в различията в сортовете на неутрино, възникна въпросът: Колко дълбоко е това разграничение? Ако се обърнете към аналогията с кварки, трябва да обърнете внимание на факта, че електрическите взаимодействия не запазват сорта (ароматни) кварки. Възможно е например следващата верига от преходи:

какво води до условия на смесване, които се различават само като странни, например, неутрални k-мезони k 0 и k 0. Може ли различните разновидности на неутрино да бъдат смесени по същия начин? Когато отговаряте на този въпрос, е важно да знаете какви са масите са неутрино. От наблюдения, ние знаем, че неутрино са маси много малки, по-малки от масите на съответните лептони. Така че, за масата на електронните неутрино, имаме лимит

m (e)< 5.1 эВ,

докато електронната маса е 0.51099906 ± 0.00000015 MeV
В огромното мнозинство от случаите можем да приемем масите на трите неутрино равни на нула. Ако те са равни на нула, е невъзможно да се забележат ефектите от възможно смесване на различни разновидности на неутрино. Само ако неутрино имат различни маси от нула, смесването придобива физическо значение. Обърнете внимание, че ние сме неизвестни, какъвто и да е принцип, води до строго равенство нулеви неутрино маси. По този начин, въпросът дали има смесване на различни неутрино, е задача, която физическите методи трябва да бъдат решени, предимно експериментални. За първи път, възможността за смесване на електронни и мюон сортове неутрино посочени Б. Pontecormo.

Смесване на неутрино гласове

Помислете за задачата на две неутрино разновидности: e, ν μ ,. За ефекти на смесване, помислете как държавите се развиват в зависимост от времето. Еволюцията във времето определя уравнението на Schrödinger

От това място използваме системата от единици H \u003d C \u003d 1, която обикновено се използва във физиката на елементарните частици. Тази система е удобна, защото съдържа само една дължина стойност, например енергия. Същото измерение с енергията сега е импулсът и масата, а X и Time T координират измерението на обратната енергия. Прилагането на това съотношение към разглеждания случай на неутрино, когато техните маси са много по-малко от пулса, получаваме вместо (2):

Въз основа на (5) ние разбираме уравнението (4) като система от уравнения за функции (t), (t): \\ t

За краткост, обикновено такава система се записва във формата (4), но те разбират (t) като колона от и в скоби, първият термин е пропорционален на една матрица, докато m 2 става малко (2 х 2) ) -Матроза с матрични елементи, които са лесни за получаване от системата (6). Тук величината е много важна, разликата от нула и води до смесване на ефекти. Ако не е, системата се разпада в две независими уравнения и неутрино, електронен и мюон, отделно съществуват със собствените си маси.
Така, h 0. След това ще търсим решения на системата (6) под формата на комбинации

1 (t) \u003d cos e (t) + sin ν μ (t), 2 (t) \u003d -sin e (t) + cos ν μ (t).

(7)

които имат определена честота, т.е. те имат формата (3). За по-нататък е важно да се отбележи, че при малки 0 1 е почти чист електронен неутрино, а с / 2 - почти напълно мюон. Сгъване на първото уравнения (6), умножено по COS, с второто, умножено по греха, ние получаваме състоянието, което само 1 се съдържа в лявата страна:

Случва се м. E\u003e, т.е. \u003d / 4, съответства на максималното смесване и се прилага почти точно за системата на неутрални K-мезони. Държавите (7) имат определени маси, които получаваме от системата (6):

(10)

Признаците в (10) съответстват на случая\u003e м. д. От (10) виждаме това с нулево смесване \u003d 0 получаваме м. 1 = м. E, м. 2 \u003d. В присъствието на смесване се случва масовото смяна. Ако смятате, че много малък

Представете си, че в първоначалния момент на времето t \u003d 0 е роден електронен неутрино. След това от (7) и (12) получаваме зависимостта от времето на разглежданата държава (общия фактор e -ikt ние пропускаме)

(13)

Въвеждаме обозначението m 2 \u003d m 1 2 - m 22. Виждаме, че заедно с електронния неутрино се появи първоначално, се появява неутрино Muon Neutino се появява тук. Вероятността на външния му вид съгласно правилата на квантовата механика е квадратът на амплитудния модул, т.е. коефициентът в | ν μ\u003e. Изглежда от (13) зависи от времето и съответства на

W (t) \u003d sin 2 2 sin 2 ((e 1 -e 2) t / 2) \u003d sin 2 2 sin 2 (m 2 t / 4k) \u003d sin 2 2 sin 2 (1.27m 2 l / e), \\ t

(14)

когато измерваме разстоянието L в метри, неутрино енергия - в мегаелектронево и разликата в квадратите на масата m 2 - в квадратни електронични електрически. Разбира се, ние вземаме под внимание малките маси от неутрино, така че l \u003d ct. Компонентът на Muon има характерна зависимост от осцилираща зависимост; Това явление получи името на неутрино колебанията. Какво трябва да се наблюдава като ефект на трептенето на неутрино? Знаем, че електронните неутрино се прилагат в резултат на реакцията с обмена W електрон, а мюонът е съответно Muon. Следователно, гредата, първоначално състояща се от електронен неутрино, когато преминава през рекордерното оборудване, не само електрони, но и мюони, с вероятност в зависимост от разстоянието до началната точка, описана с формулата (14). Говорейки просто, е необходимо да се търси раждането на лептони "извънземни".
Експериментите за търсенето на трептения на неутрино се извършват активно и, като правило, не водят до измерване на ефекта, а за ограничения върху параметрите в (14) и m 2. Ясно е, че ефектът не е напълно, ако поне един от тези параметри е нула. Напоследък имаше съобщения за сериозни инструкции относно съществуването на неутрино колебания в експериментите върху японската инсталация на Super-Kamiocham. В тези експерименти нишката на неутрино от упадъците на частиците, родени в горните слоеве на атмосферата на космическите лъчи на високите енергии. В зависимост от ъглите на склонността към хоризонта, под който в процес на изследване идват на устройството, те преминават разстояния от няколко десетки километри (точно по-горе) до много хиляди километри (точно по-долу). Резултатът от непрекъснати измервания на полу-козината е несъвместим с изчисленията върху теорията без трептения. В същото време въвеждането на трептения води до отлично споразумение с опит. В същото време са необходими преходите ν μ e:

sIN 2\u003e 0.82,
510 -4 < m 2 < 610 -2

това е, очевидно ненулеви стойности. Досега научното обществено мнение не е потърсило окончателното признаване на отварянето на неутрино колебания и очаква потвърждение на резултата. Експериментите продължават и междувременно се оказа, че още по-богата информация може да бъде изучаването на трептенията на неутрино, като се има предвид тяхното взаимодействие с веществото.

Неутрино колебания по същество

Изясняването на възможностите, свързани с ефектите от разпространението на неутрино в веществото, е свързано с произведенията на L. Volphenstain (L. Wolfenstein) и S.P. Микхеева и А.ю. Смирнова.
Обмислете отново случая с два неутрино - електронни и мюон. Веществото има протони и неутрони в ядра и електрони. Взаимодействието на двете разновидности на неутрино с протони и неутрони поради обмена W и Z се срещат еднакво и следователно не води до нови ефекти в сравнение с разпределението под вакуум. Много е различно за разсейването на неутрино върху електроните. Muon Neutrino може да взаимодейства с електрон само поради обмена на неутрален босон Z, докато в разсейването на електронните неутрино (и антиненеутрино) върху електрона дава приноса и обмен на обвинен Boson W. наистина, например, w чифт е, така че разсейването на процеса върви по схемата

Когато се разпръсква антинеутрино върху електрона, има сливане на тях в W, и по време на разсейването неутрино се разменя W, при което първоначалният неутрино дава електрон и W +, който се абсорбира от първоначалния електрон, давайки последния неутрино. За муонните неутрино, такива преходи не са възможни.
Така че електронният неутрино има допълнително взаимодействие с електрона, който е описан от допълнителен член в първия ред (6):

След това системата на уравнения, описваща зависимостта на вълната функция на промените във времето:

където \u003d 2kV w и тази стойност е свързана с разсейването на електронния неутрино върху електроните, дължащи се на W. Electrosal теорията дава просто изразяване

,

(17)

където G F. = (1.16637 + 0.00002). 10 -5 GEV -2 е известната константа на Ферми, която характеризира слабите взаимодействия и N e. - електронна плътност по същество. Тази плътност е пропорционална на ядрения ядрен номер на елемента и конвенционалната плътност на веществото Р, която се отразява в цифровата форма на връзката (17). След това стойността може да бъде представена във формата (А - атомното тегло на съответния елемент)

Като се има предвид изразяването (16) за масите на неутриновите състояния и (19) за ъгъла на смесване в веществото, ние получаваме най-интересното феномен на резонансно трептене на неутрино в веществото. Нека смесването на неутрино във вакуум е много малко, т.е. SIN 2< 1. Представим себе, что нейтрино с некоторым импульсом k (первоначально электронное) проходит через вещество с переменной плотностью, меняющейся монотонно, например убывающей. Если при этом в каком-то слое плотность такова, что выполняется равенство

1.526. 10 -7 ZK / a \u003d m 2 cos 2,

(20)

той се реализира чрез резонанс. Наистина, със греха 2 m<< 1 и нейтрино остается электронным. Однако при выполнении равенства (20) sin 2 m = 1, при дальнейшем уменьшении плотности sin 2 m вновь становится малым, но это значит, что 2 m становится близким к , а m - к /2. Из (7) видно, что это соответствует уже почти полностью нейтрино мюонному. Таким образом, при прохождении резонанса происходит смена сорта нейтрино, причем тем полнее, чем меньше вакуумный угол смешивания. Поэтому такая резонансная осцилляция является фактически единственной возможностью проявления малого смешивания нейтрино.
Феноменът на резонансното колебание също се произнася в зависимостта на неутрино маси в плътност (16). Наистина, нека започнем с израза (16) с минус знак, че в съответствие с уравненията (15) описва първоначалния неутрино електрон (тъй като съдържа характерно взаимодействие с електрони v w). Нека промените плътността преминава през резонанса. След това квадратът на масата към резонанса при нисък ъгъл е M E 2 + V W, и след резонанса -. Когато резонансът преминава, сортът на неутрино е напълно променящ се.
Трябва да се отбележи, че ако е вместо неутрино да се вземе предвид антинеутрино, тогава основната разлика е знакът на член, описващ взаимодействието с обменните знаци на V W за неутрино и антинеутрино. Това означава, че резонансното състояние се постига в зависимост от знака m 2 или само за неутрино, или само за антинетрино. Например, ако неутрино мюон е по-тежък електронен, тогава резонансът може да се наблюдава само за първоначалното състояние на електронния неутрино, но не и антинеутрино.
По този начин разпространението на неутрино (и антиненеутринови) лъчи в веществото дава богата физическа информация. Ако основните параметри, т.е. m 2 и, са известни, след това, с някакъв обект с неутрино лъч, например планета, звезда и т.н., според състава на неутринния лъч на изхода, можете да получите модел на разпределение на плътността в предавателния обект. Можете да обърнете внимание на близка аналогия с прозрачни малки обекти (включително живи) рентгенови лъчи.

Примери за възможни прояви и приложения

Феноменът на неутрино колебанията все още не е регистриран в опита, но има указания за тяхното съществуване и те са свързани само с възможни резонансни явления. Факт е, че методите за регистрация са чувствителни главно на електронния неутрино (антиненеутино), тъй като мюонът и колкото повече неутрино с енергии в няколко мегаелектроневолют не могат да дават реакции, например

37 cl + 37 AR + e -.

който се използва в метода за регистрация на хлор-аргон. Това се дължи на факта, че за раждането на мюон трябва да прекарате енергията от повече от 100 MEV (и още повече за раждането на тау). В същото време може да настъпи подобна реакция с електронния неутрино. Ядрените реакции на слънцето са източник на електронни (анти-) неутрино, така че използваният метод изглежда доста адекватно. Въпреки това, ако по пътя от точката на раждане на устройството се наблюдава колебание и неутрино се превръщат, например, в муон, след това реакцията не се случва, неутрино става "стерилен". Това може да послужи като обяснение на недостига на слънчеви неутрино.
Първоначално те се опитаха да използват обичайната (първа част) на трептенията в пространството между слънцето и земята. Приместването на муонните неутрино се определя от ъгъла на смесване. Позовавайки се на формулата (14), може да се заключи, че делът на такъв стерилен неутрино на Земята

където ъглови скоби определихме средната стойност. Необходимо е осредняване, тъй като разстоянието L от земята до слънцето в процеса на измерване варира значително поради движението на орбитата. Средната стойност на функцията SIN 2x на голям интервал е 1/2, следователно, делът на стерилен неутрино е

По този начин е възможно да се постигне потискането на нишката на неутрино от слънцето наполовина, като цяло е възможно, но за това е необходимо да се максимизира SIN 2 \u003d 1. търсенето на трептения показват, че за широк интервал на неутрино маси, такова голямо смесване е изключено. В допълнение, такова обяснение дава същото потискане на неутрино потока за всички неутринорни енергии, докато експерименталните резултати показват енергийната зависимост на ефекта.
Обяснението е по-адекватно с помощта на резонансни трептения по същество на Слънцето. За да се осъществи резонансен преход от неутрино в стерилно състояние, е необходимо условието (20) да бъде удовлетворено в някакъв слой на слънцето. Нека ъгълът на смесване е много малък, така че cos 21. Вземете стойността на параметрите

Z / a \u003d 1.05, \u003d 10 g / cm2, e \u003d 1 mev,

когато първият номер отразява факта, че слънцето се състои главно от водород с смес от хелий и други елементи. След това условието (20) дава неутрино маси за разликата

Именно този вид маса на неутрино е необходимо да се използва резонансна механизъм на неутрино колебания в дадено вещество, за да се обясни недостига на слънчеви неутрино, включително енергийната зависимост на този ефект. Ситуацията тук е следната: ако съществуващите експериментални данни ще получат окончателно потвърждение, тогава няма да бъде предложено друго обяснение, в допълнение към резонансното колебание. Това ще бъде най-важният резултат, който отваря пътя за по-нататъшно разбиране на устройството на физическия свят. Освен това получаваме нов метод на рентгеново предаване на небесни тела, включително нашата земя. Всъщност, като се има предвид, че плътността на земните скали е 3-6 g / cm 3 в мантията и 9-12 g / cm 3 в ядрото, ние сме убедени, че с масата на неутрино (22), условията на Резонансът се постига за неутрино с енергии от порядъка на няколко мегаелектронволта. Формиране на такива снопове и провеждане на програмата за предаване на Земята с запис на ефекта върху мрежата от неутрино-станции, можете да получите томограми на земните слоеве. В бъдеще това може да доведе както за изясняване на детайлите на структурата на Земята и на практическите резултати, например в прикачен файл към търсенето на дълбоко срещащи се минерали.

Във вторник, на 6 октомври, стана известно, че японците Такаки Каджита и канадският Артър Макдоналд за откриването на неутрино колебания станаха лауреати на Нобелова награда във физиката за 2015 година.

Това е четвъртият "Нобел" във физиката, която се присъжда за работата по изучаването на тези мистериозни частици. Каква е мистериозността на неутрино, защо са толкова трудни за откриване и какви неутрални колебания са, ние ще разкажем в тази статия от прост и достъпен език.

Раждане неутрон

В края на XIX век френският физик Хенри Бекке, изучавайки как са свързани луминесценция и рентгенови лъчи, случайно отворена радиоактивност. Оказа се, че един от солите на самата уран яде невидима и загадъчна радиация, която не е рентгенова снимка. След това се оказа, че радиоактивността е присъща на уран, а не съединенията, в които влиза, след което са отворени радиоактивност и други елементи - като торий, радий и т.н.

Няколко години по-късно британският физик Ernest Rutherford реши да пропусне неучивата радиоактивна радиация през магнитното поле и установи, че може да бъде разделен на три части. Някои лъчи се отклоняваха в магнитно поле, сякаш се състоят от положително заредени частици, други - както е съставено от отрицателно, а третото изобщо не се отклонява.

В резултат на това първият беше решен да се обади алфа-лъчи, вторият - бета лъчи и третата - гама лъчи. Впоследствие тя се оказа, че гама лъчите са електромагнитно излъчване на висока честота (или поток от фотони с висока енергия), алфа лъчи - поток от ядра от хелий атоми, т.е. частици, съставени от два протони и два неутрона, и \\ t Бета-лъчи - поток на електрони, въпреки че има и позитрон бета лъчи (зависи от вида на бета разпадането).

Ако измервате енергията на алфа частици и гама частици, произтичащи от подходящия вид радиоактивен разпад, се оказва, че може да отнеме само някои отделни стойности. Това е добре договорено със законите на квантовата механика. Въпреки това, с електрони, излъчвани с бета гниене, ситуацията е наблюдавана друга - спектърът на тяхната енергия е непрекъснат. С други думи, електронът може да носи напълно енергия, ограничена само от вида на дезинтегриращия изотоп. Освен това в повечето случаи се оказа, че енергийната енергия е по-малка от тази теория. В допълнение, енергията на ядрото, образувана след радиоактивното разпадане, също се оказа по-малко предсказано.

Оказа се, че с бета-гниене, енергията буквално изчезна, нарушавайки фундаменталния физически принцип - законът за запазване на енергията. Някои учени, сред които самият Нилс Бор са готови да признаят, че законът не може да работи в микрометър, но германският физик Волфганг Паули предложи да реши този проблем с прост и доста рискован начин - да предположи, че липсващата енергия отнема известна частица че няма електрически заряд, той е изключително слабо взаимодействащ с веществото и следователно все още не е намерен.

Няколко години по-късно тази хипотеза беше приета от италианския физик Енрико Ферми за теоретично обяснение на бета разпад. По това време неутронът и физиците вече бяха отворени, те знаеха, че атомното ядро \u200b\u200bсе състои не само от протони. Известно е, че протоните и неутроните в ядрото поддържат така нареченото силно взаимодействие. Въпреки това, все още беше непонятно защо, с бета-гниене, ядрото излъчва електронът, който по принцип има там.

Ферми предложи, че бета разпад е подобен на радиацията на развълнуващия се атом на фотона и електронът се появява в ядрото в процеса на разпадане. Един неутрон в основата се разпада в три частици: протонът, електронът и най-невидимата частица, прогнозираха Паули, който Ферми е на италиански, наречен "неутрон", т.е. "неутрон" или малък неутрон. Подобно на неутрон, неутрино няма електрически заряд, той също не участва в силно ядрено взаимодействие.

Теорията на Ферми се оказа успешна. Беше открито, че за бета дезинтеграция е отговорно друго не познато настаняване - слабо ядрено. Това е най-взаимодействието, в което, в допълнение към гравитационното, се включва неутрино. Но поради факта, че интензивността и радиусът на това взаимодействие са много малки, неутрино остава в по-голямата си част невидима за материята.

Възможно е да се представи неутрино не прекалено голяма енергия, която лети през лист от желязо. За да може тази частица със сто процента вероятност да бъде задържана с лист, дебелината му трябва да бъде приблизително 10 ^ 15 километра. За сравнение: разстоянието между слънцето и центъра на нашата галактика е само една поръчка - около 10 16 километра.

Такава елючливост неутрино силно възпрепятства наблюдението си на практика. Следователно съществуването на неутрино е експериментално потвърдено само 20 години след теоретичната прогноза - през 1953 година.

Три поколения неутрино

Бета разпад може да се случи по два начина: с електронни емисии или позитрон. Заедно с електрона, Antineutriino винаги се излъчва и с позитрон - неутрино. В средата на ХХ век пред физиците се появи въпрос: Има ли някаква разлика между неутрино и антинеутрино? Например, фотонът е античастик за себе си. Но електронът не е идентичен за неговата антипартикция - позитрон.

Идентичността на неутрино и антинеутрино показва, че липсата на електрически заряд. Въпреки това, с помощта на внимателни експерименти, е възможно да се разбере, че неутрино и антинетрино все още се различават. След това, за да се разграничат частиците, те трябваше да въведат своя собствен знак за зареждане - номер на Lepton. По споразумение с учени от Lepton (частици, които не участват в силно взаимодействие), включително електрони с неутрино, са присвоили Lepton Number +1. И антилетони, сред които има антинеутринос, е назначен номер -1. Номерът на Lepton трябва винаги да бъде запазен - това обяснява факта, че неутрино винаги се появява само в чифт с позитрон и антинеутрино с електрон. Те, както и, се балансират помежду си, оставяйки сумата от лепейския брой на всяка частица от цялата система.

В средата на двадесети век физиката на елементарните частици преживял истински бум - учените един след друг открити нови частици. Оказа се, че лептоните са съществували повече, отколкото се счита за - в допълнение към електрона и неутрино, му се отвори муон (тежък електрон), както и муонски неутрино. Впоследствие учените също откриха третото поколение лептони - още по-тежък тау-лептън и тау-неутрино. Стана ясно, че всички лептони и кварки формират три поколения фундаментални фермиони (частици с половин хайър назад, от които се състои от материята).

За да разграничат три поколения, лептоните трябваше да въведат така наречената такса за аромат Лептън. Всяко от трите поколения лептони (електронни и неутрино, мюон и мюон Neutrino, Tau-Lepton и Tau-неутрино) съответстват на ароматизираната си такса за Lepton и количеството такси е общ номер на Lepton на системата. Дълго време се смяташе, че таксата на Lepton също трябва винаги да се поддържа. Оказа се, че в случая с неутрино това не се случва.

Дясно и ляво неутрино

Всяка елементарна частица има такава квантова механична характеристика като въртене. Спинът може да бъде представен като броя на ротационното движение на частицата, въпреки че това описание е много условно. Спинът може да бъде насочен в някаква посока спрямо импулса на частицата - паралелно или перпендикулярно. Във втория случай е обичайно да се говори за напречната поляризация на частицата, в първата - за надлъжната. При надлъжната поляризация се отличават две състояния: когато въртенето е насочено заедно с пулса и когато е насочено противоположно на него. В първия случай се казва, че частицата има правилна поляризация, през втората - ляво.

От дълго време физиката се счита за неоспорим закон за запазване на паритета, който предполага, че в природата строгата огледална симетрия и частици с дясна поляризация трябва да бъдат напълно равни на частиците с лявата страна. Според този закон, във всеки неутрино лъч, би било възможно да се намери същия брой десни поляризирани и леви банирани частици.

Изненадата на учените не беше границата, когато се оказа, че за неутрино законът на паритета не се наблюдава - в природата няма десен поляризиран неутрино и лестенаризиран антинетрино. Всички неутрино са оставили поляризация и антинеутрино - дясно. Това е доказателство за този изненадващ факт, че слабото ядрено взаимодействие, което отговаря за бета разпада, в което се ражда неутрино, е хирал - с отражение на огледалото, неговите закони се променят (вече сме написали подробно отделно).

От гледна точка на физиката на елементарните частици на средата на двадесети век ситуацията със строга поляризация каза, че неутрино е безмасова частица, тъй като в противен случай би трябвало да признае несъответствието със закона за опазване на лептона зареждане. Въз основа на това, за дълго време се смяташе, че неутрино наистина не е маси. Но днес знаем, че не е така.

Неуловима маса

Неутрино в огромна сума бързат през дебелината на земята и точно през тялото ни. Те са родени в термоядрени реакции на слънце и други звезди, в атмосферата, в ядрените реактори, дори в нас, в резултат на радиоактивното разпадане на някои изотопи. Все още летят през вселената реликва неутрино, родени след голяма експлозия. Но изключително слабото им взаимодействие с веществото определя факта, че ние изобщо не ги забелязваме.

Въпреки това, през годините на обучение, физиците на неутрино са научили от помощта на хитрост методи за регистрация. И когато наблюдават нишката на неутрино, роден на слънце, учените отвориха странен факт - с осветителните тела на тези частици, лети около три пъти по-малко, отколкото предсказва теорията. Тук е необходимо да се изясни, че той е именно един вид неутрино-електронен неутрино.

За да обяснят този факт, те се опитаха да привлекат различни хипотези за вътрешната структура на слънцето, което може да забави липсващия неутрино, но тези опити са неуспешни. Само едно теоретично обяснение остава факт - по пътя от слънцето до земята частиците се обръщат от един вид неутрино в друг. Частица, родена като електронен неутрино, е в пътя на трептенията, с определена периодичност, която се показва като мюон или тау-неутрино. Ето защо не само електронните неутрино, но и мюон и тау-неутрино пристигат на земята от слънцето. Хипотезата за неутринните трептения през 1957 г. поставя съветския италиански физик Бруно Понкорво. Такива трансформации на неутрино от същия тип в друг предполагат едно необходимо условие - наличието на маси в неутрино. Всички експерименти, проведени с неутрино, показват, че масата на тази частица е пренебрегваща малка, но строги доказателства, че тя е равна на нула, тя не е получена. Така че възможността за неутрино колебания наистина остава.

Откриване на трептения

Потвърждението на съществуването на неутрино колебания успя да получи поради наблюдения на слънчеви и атмосферни неутрино върху експерименталната инсталация на "Супекарда" в Япония и обсерваторията на неутрино в Судбъри в Канада.

Японците за регистрация неутрино изградиха впечатляваща структура - огромен резервоар (40 до 40 метра) от неръждаема стомана, напълнена с 50 хил. Тона най-чиста вода. Резервоарът е бил заобиколен от повече от 11 хиляди фотомултигрупки, които трябваше да се регистрират най-малките огнища на радиацията Ченково, родена при избиването на електрони от атомите всеки неутрино. Като се има предвид факта, че неутрино е изключително слабо взаимодействащ с вещество, от милиарди метри през резервоар от частици, се записват няколко единици. Като се има предвид факта, че изследователите трябва да изцедят тези събития от голям фон (в края на краищата, чрез огромен резервоар, все още има много много различни частици), работата е взета от колосал.

Японският детектор успя да разграничи електронните и муонски неутрино от естеството на радиацията, причинена от тях. В допълнение, учените знаеха, че повечето мунови неутрино са родени в атмосферата, когато сблъсък на въздушни частици с космически лъчи. Поради това, те намериха следния модел: колкото по-дълго преодолее разстоянията, толкова по-малки са сред тях. Това означаваше, че по начина, по който някои от муонните неутрино се превръщат в други неутрино.

Окончателното доказателство за наличието на неутрино колебания е получено през 1993 г. в експеримента в Съдбъри. Всъщност канадската инсталация е подобна на японската - огромен и не по-малко впечатляващ резервоар с водни подземни и много детектори на радиация Ченково. Въпреки това, той вече е успял да разграничи трите вида неутрино: електронни, мюон и тау-неутрино. В резултат на това беше установено, че общият брой на неутрино, пристигащи от слънцето, не се променя и е последователно добре с теорията и липсата на електронен неутрино е причинена от тяхното колебание. Освен това, според статистическите данни, неутрино са по-устни, когато преминават през субстанция, отколкото чрез вакуум, тъй като повече електронни неутрино летяха в детектора следобед, отколкото през нощта, когато частиците, родени на слънце, трябваше да преодолеят цялата тълпа на земята.

Според днешните идеи, неутринните трептения са доказателство за наличието на маса в тези частици, въпреки че точната стойност на масата все още е неизвестна. Физиката знаят само горната му граница - неутрино най-малко хиляда пъти по-лесно от електрон. Изчисляването на точната маса на неутрино е следващата голяма задача на физиците, работещи в тази посока и е възможно следващият "Нобел" за неутрино да бъде представен за това постижение.

Неутрино - точно като заредени лептони (електроника, Muon, Tau), кварк от топ, очарован, истински) и по-нисък тип (по-ниски, странни, очарователни) - има три вида. Но можем да ги разделим по различни начини. В същото време, поради квантовата природа на нашия свят в един момент във времето, можете да използвате само един от тях. В тази статия ще обясня защо това се случва и как такъв интересен и важен факт трябва да бъде толкова интересен и важен от научната гледна точка като неутринните трептения.

Може да помислите, че всяка частица има определена маса - например, енергията на електронната маса е равна на (E \u003d MC 2) 0.000511 GEV - и с една от възможните точки на виждане три вида неутрино не са изключения. Ние можем да класифицираме три неутрино от техните маси (които все още са неизвестни) и ги наричат, от най-белите дробове до най-тежките неутрино-1, неутрино-2 и неутрино-3. Ще наречем това разделение по масова класификация и такива видове неутрино - масови типове.


Фиг. един

Друг начин за класифициране на неутрино - чрез връзката им с заредени лептони (електрон, мюон и тау). Това се споменава в статията за това как ще изглеждат частиците, ако полето HIGGS е нула. Това е най-добрият начин да се разбере - фокусиране върху това как неутрино влияе върху слабото ядрено взаимодействие, което се отразява в техните взаимодействия с частица W. Частицата w е много тежка и ако я произвеждате, тя може да се разпадне (фиг. 1 ) За един от трите заредени антилета и един от трите неутрино. Ако w се разпада на антитау, се появява тау-неутрино. По същия начин, ако се деколи до антимун, ще се появи Muon Neutino. (Което е критично за създаването на неутрин лъч, божур се разпада с помощта на слаби взаимодействия и антимун и муонски неутрино се получават от положително заредени хора). И ако W се разпадне до позитрона, се появява електронно неутрино. Ние го наричаме слаба класификация и тези неутрино са неутрино от слаб тип, тъй като те се определят от слабо взаимодействие.

Е, какъв е проблемът тук? Ние непрекъснато използваме различни класификации на хората. Говорим за това, което хората са млади, възрастни и възрастни хора; Те са високи, средни и ниски. Но хората могат да бъдат разделени на воля, например, например, девет категории: млада и висока, млада и средна височина, възрастни и ниски, възрастни и ниски, и така нататък. Но квантовата механика ни забранява да правим същото с неутрино класификациите. Няма неутрино, които са едновременно муонски неутрино и неутрино-1; Няма неутринос-3. Ако ви информирам масата на неутрино (и следователно дали принадлежи към неутрино групата-1, 2 или 3), просто не мога да ви кажа дали е електронен, мюон или тау-неутрино. Неутрино от определен тип маса е смес или "суперпозиция" от три неутрино от слаб тип. Всеки вид неутрино маса е неутрино-1, неутрино-2 и неутрино - 3 са точни, но различни от другата смес от електронни, мюон и тау-неутрино.

Вярно и обратно. Ако виждам как божурът се разпада в Антимиуон и неутрино, аз веднага разпознавам, че полученият неутрино ще бъде Muon Neutrinos - но не мога да го разпозная, защото ще бъде смес от неутринос-1, неутрино-2 и неутрино-3. Електронните неутрино и тау-неутрино са също точни, но различни смеси от три неутрино на определени маси.

Връзката между тези масови и слаби типа е по-скоро (но не и точно да се съобразява) на връзката между класификациите на американската магистрала, като отиде "от север на юг" и от "запад на изток" (правителството на САЩ) разделяйте ги по този начин, възлагайки омразен брой на магистралата с / юг и дори с прости пътища S / c), и тяхното разделение по пътищата, идващи от североизток до югозапад и от югоизток на северозапад . Използването на всяка класификация има своите предимства: класификацията c / yc / b е подходяща, ако сте концентрирани върху географска ширина и дължина, а cv / yuz - sh / sz ще бъде по-удобно близо до брега, тъй като идва от югозапад до Североизток. Но и двете класификации не могат да се използват едновременно. Пътят на североизток е частично север и частично източен; Невъзможно е да се каже, че тя е такава, или в Syakaya. И северният път е смес от североизток и северозапад. Така с неутрино: тип неутрино - смес от неутрино от слаб тип и неутрино от слаб тип - смес от маса. (Аналогията ще спре да работи, ако решите да използвате подобрена класификация на пътищата на C / Y - SV / UZ - In / S - SS / SZ; за неутрино няма такава опция).

Невъзможността да се класифицират неутрино, като ги придават на определен тип маса и до определен слаб тип - това е пример за принципа на несигурност, подобен на странността, забраняващ едновременно да се знае точната позиция и точната скорост на частиците. Ако знаете точно една от тези свойства, нямате представа за приятел. Или можете да научите нещо за двете свойства, но не всички. Квантовата механика точно ви казва как да балансирате знанията и невежеството си. Между другото, тези проблеми не само принадлежат към неутрино. Те са свързани с други частици, но са особено важни в контекста на поведението на неутрино.

Преди няколко десетилетия всичко беше по-лесно. После се смяташе, че неутрино няма маса, така че е достатъчно да се използва слаба класификация. Ако погледнете старата работа или в стари книги за обикновените хора, ще видите само такива имена като електронен неутрино, Muon Neutrino и Tau-Neutrino. Въпреки това, след откриването на 90-те години, това не е достатъчно.

И сега най-интересните започват. Да предположим, че имате неутрино с висока електронна енергия, т.е. определена смес от неутрино-1, неутрино-2 и неутрино-3. Неутрино се движи в пространството, но три от различния му тип маса се движи с малко по-различни скорости, много близо до скоростта на светлината. Защо? Тъй като скоростта на обекта зависи от нейната енергия и маса, и в три типа маса три различни маса. Разликата в техните скорости е изключително малка за всеки неутрино, който можем да измерим - никога не е наблюдаван - но влиянието му е удивително силно!

Разликата на нивата на неутрино - малко формула

Скоростта на частицата V в теорията на относителността на Айнщайн може да бъде записана чрез маса от частици M и Energy E (това е пълна енергия, т.е. енергията на движението плюс енергията на масата e \u003d mc 2) и. \\ T Скорост на светлината c, като:

Ако частицата има много висока скорост и общата му енергия Е е много по-голяма от масата на MC 2, след това

Спомнете си повдигнатите 1/2 означава "корен на квадрат". Ако частицата има много висока скорост и тото му Eriggy e е много, много по-голямо от масовата му енергия MC2, след това

Когато точките приличат, че тази формула не е точна, но добрия подход към големия Е. с други думи, скоростта на частиците се движи почти при скоростта на светлината, която се различава от скоростта на светлината от количеството, равно на половината от квадрата на. \\ T Енергийно съотношение на масата на частицата към общата му енергия. От тази формула може да се види, че ако два неутрино имат различни маси m 1 и m 2, но същата висока енергия е, тогава техните скорости се различават много малко.

Да видим какво означава това. Всички измерени неутрино от SuperNovae избухнаха през 1987 г. на земята в интервал от 10 секунди. Да предположим, че електронният неутрино се излъчва с супернова с енергия от 10 мев. Този неутрино е смес от неутрино-1, неутрино-2 и неутрино-3, всеки от които се движеше с малко отлична скорост! Ще забеляем ли това? Ние сме неизвестни неутрино маси, но ще предположим, че неутрино-2 масата на масата е 0.01 EV, а масовата енергия на неутрино-1 е 0.001 eV. След това две от техните скорости, като се има предвид, че техните енергии са равни, ще се различават от скоростта на светлината и един от друг за по-малко от една стотина трилиона трилиона:

(Грешката на всички уравнения не надвишава 1%). Такава разлика в скоростта означава, че частите на неутрино-2 и неутрино-1 на първоначалния електронния неутрино ще се възползват от земята с разлика в милисекунда - такава разлика по различни технически причини е невъзможно.

И сега от интересни, ние отиваме на наистина странни неща.

Тази малка разлика на скоростите причинява точна смес от неутрино-1, неутрино-2 и неутрино-3, който е електронен неутрино, постепенно се променя при шофиране в пространството. Това означава, че електронният неутрино, от който започнахме, с течение на времето престава да бъде и съответства на една конкретна смес от неутрино-1, неутрино-2 и неутринос-3. Различни маси от неутрино от три типа маса превръщат първоначалния електронен неутрино по време на процеса на преминаване в смес от електронен неутрино, мюон неутрино и тау-неутрино. Процентът на сместа зависи от разликата в скоростта и следователно върху енергията на първоначалния неутрино, както и върху разликата в масите (по-точно, от разликата в квадратите на масите) неутрино.

Фиг. 2.

Първо, ефектът се увеличава. Но това, което е интересно, както е показано на фиг. 2, този ефект не е просто постоянно нарастващ. Тя расте, а след това отново намалява, а след това тя расте отново, тя отново намалява отново и отново по време на движението на неутрино. Това се нарича неутрални колебания. Как точно те се срещат, зависи от масите в неутрино и как смесват масовите неутрино и слабите неутрино.

Ефектът на колебание може да бъде измерен поради факта, че електронният неутрино, когато сблъсък с ядрото (а именно, може да се захранва) може да се превърне в електрон, но не и на мюан, а муонът електрически може да се превърне в Муон, но не и в електрон или тау. Така че, ако започнахме с мунови неутрино лъч, и след като се движехме на известно разстояние, някои неутрино се сблъскват с ядра и се превърнаха в електрони, това означава, че трептенията се появяват в лъча и муонните неутрино се превръщат в електронни неутрино.

Един много важен ефект усложнява и обогатява тази история. Тъй като обикновената материя се състои от електрони, но не и от мюони и тау, електронните неутрино взаимодействат с него не като мюс или тау. Тези взаимодействия, които се случват чрез слабо взаимодействие, са изключително малки. Но ако неутрино преминава през голяма тълпа на материята (да кажем, чрез осезаем дял на земята или слънцето), тези малки ефекти ще могат да натрупват и силно да засегнат трептенията. За щастие, ние знаем достатъчно за слабото ядрено взаимодействие, за да предскажем подробно тези ефекти и да изчислим цялата верига като назад, от измервания в експеримента, докато не се изяснят свойствата на неутрино.

Всичко това се прави с помощта на квантова механика. Ако не е интуитивно за вас, отпуснете се; За мен това също не е интуитивно. Имам цялата интуиция от уравнения.

Оказва се, че задълбоченото измерване на неутрино колебанията е най-бързият начин за изучаване на свойствата на неутрино! За тази работа вече даде на Нобелова награда. Цялата тази история се появява от класическото взаимодействие на експеримента и теорията, които се простират от 60-те до днес. Споменавам най-важните измервания.

За да започнем, можем да научим електронни неутрино, произведени в центъра на слънцето, в добре проучена ядрена пожарна кутия. Тези неутрино пътуват през слънцето и през празно място до земята. Установено е, че когато пристигнат на земята, те също са склонни да принадлежат към вида на мюон или тау, както и до вида на електронния неутрино. Това самостоятелно служи като доказателство за неутрино колебание, а точното разпределение ни дава подробна информация за неутрино.

Имаме и муонски неутрино, които се случват по време на разпадането на божури, възникнали в космическите лъчи. Космическите лъчи са високоенергийни частици, пристигащи от пространството и се сблъскват с атомни ядра в горните атмосферни слоеве. В частиците в резултат на това често се срещат божури, много от които се разлагат на муонните неутрино и антимуни, или мюон антиненетрино и мюони. Някои от тези неутрино (и антиненеутрино) пречистваме в нашите детектори и можем да измерим коя част от тях принадлежи към електронния неутрино (и антинеутрино), в зависимост от това, че дебелината на земята преминаха преди да влязат в детектора. Това отново ни дава важна информация за поведението на неутрино.

Тези "слънчеви" и "атмосферни" неутрино ни научиха много за неутрино свойствата през последните двадесет години (и първият намек за нещо интересно се случи преди почти 50 години). И тези естествени източници на енергия се добавят към различни проучвания, проведени с помощта на неутрино лъжи, като тези, използвани в опера експеримента, както и с неутрино от обикновените ядрени реактори. Всяко измерване е предимно в съответствие със стандартната интерпретация на слънчевите и атмосферни неутрино и позволява по-точни измервания на смеси от видове масови видове и слаби неутрино и разлики в квадратите на масовите неутрински маси.

Както се очаква, има малки различия в теоретичните очаквания в експериментите, но никой от тях не беше потвърден и повечето, ако не всички, са само статистически шансове или проблеми на експерименталното ниво. Досега няма противоречие с разбирането на неутрино и тяхното поведение, потвърдено в няколко експеримента. От друга страна, цялата картина е доста нова и тествана доста лошо, така че е напълно възможно, въпреки че е малко вероятно тя да съществува напълно различни интерпретации. И наистина бяха предложени доста сериозни алтернативи. Така усъвършенстването на детайлите на неутриновите свойства е активно развиваща се област на изследване, в която в по-голямата си част възниква съгласие, но някои въпроси все още остават отворени - включително пълното и неотменимо определение на неутрино маси.

Частици на определен сорт в зависимост от частицата на собственото си време.

Идеята за неутринните трептения за първи път е номинирана от съветски италианския физик Б. М. Пуцорво през 1957 година.

Наличието на неутрино колебания е важно за решаването на проблема със слънчевия неутрино.

Осцилиращ във вакуум

Предполага се, че такива трансформации са следствие от присъствието на масите в неутрино или (за случая на трансформиране на неутринозантино) на заряда на Lopton при високи енергии.

Експерименти

Забавя се трептене за:

• solar Neutrino (експеримент на хлор-аргон Дейвис, гетий-Германия експериментен Sage, Gallex / GNO, Kamiokande и SNO водни експерименти), сцинтилационен експеримент Borexino;
• атмосферни неутрино (Kamiokande, IMB), произтичащи от взаимодействието на космическите лъчи с атмосферни атоми в атмосферата;
• реактор антинетрино (експеримент Camland Scintillation Experiment, Daya Bay, Double Chooz, Reno);
• акпелативен неутрино (експеримент K2K (английски. Кек до Камиока.) Забелязах намаление на броя на муонните неутрино след преминаване на 250 км в дебелината на веществото, опера експериментът, открит през 2010 г., трептене на муонски неутрино в тау-неутрино, последвано от раждане на тау-лептони);

Осцилирайки с превръщането на муонните неутрино, както и антинетрино, в електронните в момента се изследват в експеримента на минибуна, доставян при условията на LSND експеримента. Предварителните резултати от експеримента могат да показват разликата в трептенията на неутрино и антинеутрино.

Вижте също

Напишете отзив за статията "Neutrin Scibillation"

. \\ T

Литература

• С. М. Белеенски // UFN. - 2003. - Т. 173. - стр. 1171-1186. - DOI: 10.3367 / UFNR.0173.200311B.1171.
• Ю. Г. Куденко // UFN. - 2011. - Т. 181. - стр. 569-594. - DOI: 10.3367 / UFNR.0181.201106A.0569.
• Ю. Г. Куденко // UFN. - 2013. - Т. 183. - стр. 1225-1230. - DOI: 10.3367 / UFNR.0183.201311D.1225.
• Юри Куденко. . Elementy.ru, Троицки Вариант №13 (82) (5 юли 2011 г.). Проверено 18 януари 2013 година.
• Ж. Белини, Л. Лудхова, Г. Ранучи, F.L. Вилан Неутрино осцили (инж.). - 2013. - ARXIV: 1310.7858.

Извлечение, характеризиращ неутрино колебания

Шечов се ухили.
- по-добре да не се тревожите. Имам нужда от теб, няма да попитам, ще го взема.
- Защо, аз съм толкова ...
- Е, и аз.
- Довиждане.
- Бъдете здрави ...
... и високи, и далеч
На гърба на страната ...
Конете докоснаха коня, който три пъти, горещ, прекъснаха краката му, без да знаят какво да започнат, аз се справих и разхождах, изпревайки компанията и догонвам количката, също в ранга на песните.

Връщайки се от преглед, Кутузов, придружен от австрийския генерал, отиде в кабинета си и, като кликне върху адютанта, наредил някои документи да представят някои документи, принадлежали на държавата на силите, и писма, получени от Ергуерзог Фердинанд, които са закупили продължителна армия. Принц Андрей Болконски с необходимите документи влезе в кабинета на командира. Преди планираната на масата Кутузов седеше и австрийски член на гофрирането.
- И ... - каза Кутузов, който оглеждаше Бологко, сякаш тази дума, която приканва адютанта да чака и продължи на френски, започна разговор.
- Просто казвам един, генерал - каза Кутузов с приятна благодат от изрази и интонация, принудена да слуша всяка спомагателна дума. Беше видяно, че самият Кутузов се радва да слуша себе си. - Просто казвам едно нещо, общият, че ако това ще повлияе на личното ми желание, волята на императора на Негово величество Франц отдавна щеше да бъде изпълнена. Отдавна се присъединявах към Ерцгурсия. И вярваме, че за мен лично да прехвърля най-високите началници на армията повече от мен и умел генерал, каквото и да е Австрия, и сгъна цялата тази сериозна отговорност за мен лично ще бъде Отая. Но обстоятелствата са по-силни от нас, генерал.
И Кутузов се усмихна с такъв израз, сякаш каза: "Имате пълното право да не ми вярвате, и дори не ме интересува, ако не ми вярвате или не, но нямате причина да ми кажете. И това е цялата точка. "
Австрийският генерал имаше нещастен вид, но не можеше да отговори на Кутузов в същия тон.
- Напротив, той каза на мърморене и гневен тон, толкова спорен за полета на изразените думи, - напротив, участието на вашето превъзходителство като цяло е високо оценено от Негово величество; Но ние вярваме, че сегашното забавяне лишава славните руски войски и техният командир-началник на тези лаври, че са свикнали да се възползват от битките - той завърши явно приготвена фраза.
Кутузов се поклони, без да променя усмивките си.
- и аз съм толкова убеден и на базата на последното писмо, което неговата величие Ерцгеркс Фердинанд ме почита, предполагам, че австрийските войски, под властите на такъв умел помощник, това, което един генерал мак, сега спечели решаваща победа и прави Не се нуждаете от повече в нашата помощ, - каза той Кутузов.
Генерал се намръщи. Въпреки че няма положителни новини за поражението на австрийците, но имаше твърде много обстоятелства, които потвърждават общите неблагоприятни слухове; И тъй като предположението на Кутузов за победата на австрийците беше доста сходно с подигравка. Но Кутузов се усмихна кротко, всичко със същия израз, който каза, че има право да го приеме. Всъщност последното писмо, получено от армията Mac, го направи за победата и най-изгодната стратегическа позиция на армията.
- Дай го тук това писмо - каза Кутузов и се обърна към принца Андрей. - тук освобождавам, за да видя. - и Кутузов, с подигравка усмивка в краищата на устните, прочетете германския австрийски общо следващото място от писмото на Ерзъгер Фердинанд: "WIR HABEN Vollkommen Zusammengehaltene Krafte, Nahe 70 000 Mann, Um Den Feind, Wenn Er Den Lech Pasritte, ongreifen und schlagen zu konnen. WIR KONNEN, DA WIR MEISTER VON ULM SIND, DEN VONE BEIDEN UFERIEN DER DONAU MEISTER ZU BLEIBEN, NICHT VERLIEREN; Mithin Auch Jeden Augenblick, Wenn der Feeind Den Lech Nicht Passirte, Donau Ubersetzen, UNS AUF Seine Комуникации Linie Werfen, Die Donau Unterhalb репасарN und dem feinde, wenn er sich gegen не притесняват allirte mit ganzer macht wenden wellte, seine absicht alabald vereitelien. WR Werden Auf Solche Weise den Zeitpunkt, Wo Die Kaiserlich Ruseische Armee Ausgerustet Sein Wird, Muthig entgegenharren, und Sodant Leicht Gemeinschaftlich Die Moglichkeit Finden, Dem Feinde Das Schicksal Zuzuberieten, така er ergient ». [Имаме доста фокусирани сили, около 70 000 души, за да можем да атакуваме и да прекъснем врага в случай на пресичане чрез Lech. Тъй като вече сме собственост на Улм, можем да проведем ползата от командните от двата брега на река Дунав, ще бъде всяка минута, ако врагът не премине през Лех, пресичайки през Дунав, бързат към комуникацията си, по-долу обратно на река Дунав и враг, ако лети, за да привлече цялата си сила върху нашите верни съюзници, не изпълнява намерението си. Така ще бъдем весело да очакваме време, когато имперската руска армия ще произведе изобщо, а след това заедно ще намерите възможност да подготвите съдбата на врага, която той заслужава. "
Кутузов въздъхна силно, завършвайки този период и погледна внимателно и любезно на члена на Gofcrigsrat.
"Но вие знаете вашето превъзходителство, мъдро правило, предписване, за да приемете най-лошото", каза австрийският генерал, очевидно желание да сложи край на шегите и да продължи с случая.
Той неволно погледна адютант.
- Съжалявам, генерал - прекъсна го Кутузов и се обърна към принца Андрей. - Това е моят вид, отведете всички доклади от нашите присвоители от Козловски. Ето две писма от броя на ностаца, тук е писмо от неговата величие на Ерзерце Фердинанд ", каза той, дава му няколко документа. - и от всичко това чисто, на френски език, направете меморандум, уведомление, за видимост на всички тези новини, които имаме за действията на австрийската армия. Е, тогава и си представете превъзходството му.
Принц Андрей наклони глава като знак, че той разбира от първите думи не само това, което е казано, но и това иска да му каже Кутузов. Той събра хартия, и даваше общ лък, тихо стъпи на килима, отиде на рецепцията.