Oscilaciones de neutrinas. Ejemplos de posibles manifestaciones y aplicaciones.

El comienzo del siglo XXI se convirtió en el tiempo de los descubrimientos sensacionales en el campo de la física neutrino. Los resultados obtenidos por ahora los resultados inician más experimentales y estudios teóricos Las propiedades de los neutrinos en dos direcciones principales:

Estudio de las características de las energías ultra-altas neutrinas como partículas únicas que pueden proporcionar información científica sobre las regiones lejanas de nuestro universo.
El estudio de las lubricaciones mutuas del neutrino de diferentes sabores, llamados. Oscilaciones de neutrino.

Este artículo está dedicado a la presentación de los principales resultados logrados en esta segunda dirección de investigación.
Los neutrinos pertenecen a fermiones fundamentales (ver tabla) Todas las partículas especificadas en la tabla tienen giro J / ћ. Doce fermiones fundamentales corresponden a 12 antifermias fundamentales.

La existencia de tres variedades de neutrino, caracterizada por un número cuántico "aroma ( sabor) ". Corresponden a tres variedades de antineutrino. Los nombres de diferentes neutrinos provienen de los nombres de sus "socios" cargados de acuerdo con el Grupo Lepton: electrón, Muon y Tau-Lepton, cuya masa de descanso, respectivamente, 0.511 MEV, 106 MEV y 1777 MEV.
En 1930, Wolfgang Pauli sugirió que la naturaleza continua del espectro de electrones de la β-decaimiento se puede explicar por el hecho de que, junto con un electrón en la desintegración de β, vuela sin partículas con un hilo medio, que no está registrado por detectores convencionales. El estudio de los espectros β mostró que la masa de esta partícula debería ser muy pequeña, mucho menos masa de electrones. (El nombre de esta partícula - Neutrino \u003d "Neutron" Pertenece a E. fermi y se introdujo en 1932 después de la apertura del neutrón).
Primero confirmación experimental La existencia de neutrinos se obtuvo midiendo la energía cinética del kernel de LI generado durante el proceso de captura de electrones con el núcleo de berilio:

7 BE + E - → 7 LI + ν E.

Entre los muchos problemas asociados con la física neutrino, se sintió atraído el problema de la masa neutrino (antineutrino).
El estudio de la forma de los espectros de la caries de β hizo posible que la masa neutrina sea muy pequeña, y la evaluación de esta magnitud a lo largo de los años ha caído cada vez más. Se realizaron estudios para esos decades, donde la energía total del electrón y el antineutrino (o positrón y el neutrino) es pequeño. Esta decadencia es el colapso del tritio:

¿Cómo es la diferencia entre las propiedades de Neutrino y el antineutrino? El sol (como otras estrellas) es la fuente de electrónica. neutrino Debido a la reacción de la síntesis de Deuteron:

p + P → D + E + + ν E.

Cualquier reactor nuclear es una fuente poderosa de electrónica. AntineradoSurgiendo de las decaias de neutrones:

n → P + E- + E.

Intentos de R. Davis Registrar neutrinos de reactor nuclear Usando la reacción
E + 17 CL → 17 AR + E - No coronado con éxito. Así se demostró experimentalmente que neutrinos y antineutrino diferentes partículas.
En una gran serie de experimentos realizados por R. DAVIS, la intensidad de la reacción de la reacción ν e + 17 CL → 17 AR + E se investiga por el arroyo Neutrino nacido en el sol. Los experimentos de Davis, que se llevaron a cabo durante 30 años, mostraron que el valor del flujo de neutrinos solares medido es significativamente menor que el modelo del sol. Las mediciones de hilos electrónicos de neutrinos del sol, gastados en otras instalaciones, también mostraron invariablemente su déficit.
Explicación posible Este fenómeno es transformación de una variedad de neutrinos a los demás, así llamado Oscilaciones de neutrinos. Por primera vez, la idea de la oscilación de neutrinos fue expresada por B.M. Pontecormo.
La diferencia en neutrino (y antineutrino) de diferentes fragancias se manifiesta en reacciones en las que está involucrado neutrinos. La diferencia en las reacciones causadas por los leptones con diferentes sabores provocó la introducción de tres números cuánticos diferentes, llamados "cargos de lepton": L E, L μ, L τ. Los leptones de la primera generación (ver tabla) tienen una carga de lepton l e \u003d 1, l μ \u003d l τ \u003d 0, segundo L e \u003d 0, l μ \u003d 1, l τ \u003d 0, la tercera l e \u003d l μ \u003d 0, l τ \u003d 1. Los signos de cargos de lepton de antipartículas son opuestas a los signos de partículas. Antes del establecimiento de oscilaciones de neutrinos como un hecho experimental, se creía que estos números cuánticos se almacenan en todas las reacciones. Por ejemplo, en la decaimiento π + → μ + + ν μ, la peonía que no tiene una carga de lepton se cae en un muón positivo con L μ \u003d -1 y Muon Neutrinos ν μ con L μ \u003d +1. Por lo tanto, se conserva el cargo de lepton en la decadencia. En las colapsiones de los muones.
μ + → e + + ν e + μ Los cargos de Lepton también se guardan. De hecho, el cargo de lepton de un muón positivo es igual a L μ \u003d -1, así como Muon Antineutrino. Los cargos electrónicos del lepton del positrón y los neutrinos electrónicos son iguales al módulo y son opuestos al signo. Estos hechos llevaron a la conclusión sobre la existencia de las leyes precisas de preservar cada una de las "variedades" de los cargos de Lepton por separado. La confirmación experimental de la hipótesis sobre la conservación exacta de cada uno de sus tipos de cargos de lepton se llevó a cabo individualmente en aceleradores para encontrar la desintegración de los muones al electrón (positron) y la cuántica γ: μ - → e - + γ,
μ + → e + + γ. El hecho de que estas desasas no se descubrieran se explican por la manifestación de la ley de conservación de los cargos de Lepton.
Sin embargo, la observación de las oscilaciones de neutrina - es decir. Las transformaciones del neutrino de una fragancia en el neutrino de otra fragancia demuestran que estas leyes de conservación pueden violar. Las oscilaciones de los neutrinos, y su existencia ya se ha demostrado, conducen a otra consecuencia interesante: ¡Los neutrinos especificados en la tabla de fermiones fundamentales no tienen una masa rígidamente definida! La caracterización de sus funciones de onda son superposiciones de las funciones de onda de las partículas con ciertas masas, y las oscilaciones son una manifestación de la naturaleza cuántica de estas partículas. (Debe recordarse que la física de las partículas ya ha encontrado un fenómeno similar en el estudio de las decades de K-Mesons neutros). Considere en un ejemplo simplificado de la física cuántica de las oscilaciones de neutrinos.

Física cuántica de oscilaciones de neutrinos.

Si los números de Lepton l E, L μ, l τ No son números cuánticos absolutamente persistentes, Y si los neutrinos no son cero, sino masas finitas, es posible transformar el neutrino de una "generación" en el neutrino de otra "generación". Este proceso se puede describir dentro de física cuántica Como Oscilaciones de Neutrinos (ver, por ejemplo).
Considere el proceso de Oscilaciones de Neutrinos para dos neutrinos: Electrónica y Muon. (La generalización de tres tipos de neutrinos será demasiado engorroso). Las funciones de onda de los neutrinos electrónicos y muanos son funciones de tiempo y obedecen la ecuación de Schrödinger:

Transición de los estados de neutrinos ν 1 (t), ν 2 (t) a ν e (t), ν μ (t) e inversamente realizado por una matriz unitaria, que es conveniente para presentar a través de cos θ y pecado θ un ángulo θ , que se remitirá al "ángulo de mezcla":

	(4)
	(5)

Si el ángulo de mezcla es 0, falta la mezcla y ν 1 (t), ν 2 (t) coincide con ν e (t), ν μ (t). (Una situación similar ocurre en θ \u003d π / 2, pero ν 1 (t), ν 2 (t), en este caso, coinciden, respectivamente, con ν μ (t), ν e (t)).
Considere la situación cuando los neutrinos de un solo tipo están presentes en el momento del tiempo inicial, por ejemplo, el electrónico μ μ (t) \u003d 0; ν e (t) \u003d 1. luego de (4) se deduce que ν 1 (0) \u003d cos θ; ν 2 (0) \u003d sin θ.
Según la ecuación (3)

(Las relaciones trigonométricas se utilizan en la conversión (7) :)
De (7) obtenemos la intensidad del flujo de neutrinos electrónicos en función del tiempo:

(El cálculo de la probabilidad de detección de neutrinos electrónicos en un haz, que consiste principalmente en los neutrinos de Muones, se lleva a cabo de la misma manera y da el mismo resultado).
Por lo tanto, la probabilidad de oscilaciones de neutrino depende de los tres argumentos:

1) OT esquina de mezclaasociado con la cantidad de interacción hamiltoniana H int;

2) De la magnitud de la diferencia.

(10)

3) desde el tiempo que ha pasado desde el nacimiento de un tipo de neutrino.

Considere la influencia de cada uno de los argumentos sobre las oscilaciones de neutrina:

1. La mezcla de funciones de onda de neutrino es al máximo en θ \u003d π / 4, ya que int ~ sin 2θ.

2. En la salida de la fórmula (10), el hecho de que la masa de neutrino es mucho menor que su energía cinética. La fórmula para la energía total de la partícula E \u003d (P2 C 2 + M 2 C 4) 1/2 en el sistema ћ \u003d C \u003d 1 parece E \u003d (P 2 + M 2) 1/2. Bajo la condición de M.<< p

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

Con coincidencia de masa. Cuándo oscilings están ausentes.

3. El valor determina el argumento del segundo de los multiplicadores de fórmula (9). Igualmente este valor se representa de tal manera que use la energía de la energía de neutrino (ED) en el MEV, los valores de ΔM 2 V (EV) 2, y la distancia a la fuente de neutrino (L) - en metros (m). Usando constante de conversión

ћc \u003d 197 MEV · FM ≡ 1.97 · 10 -7 EV · M \u003d 1; 1 EV \u003d 10 7 / 11.97 m,

obtenemos por

(11)

Por lo tanto, si la diferencia en las masas del neutrino "primario" es pequeño, se pueden lograr resultados notables en el estudio de las oscilaciones solo si la l longitud l es grande. Esto es especialmente importante si la energía neutrino es grande.

Estudios experimentales de Oscilación de Neutrinos.

Actualmente, hay varios complejos experimentales para el estudio de las oscilaciones de neutrinos.
Las primeras instrucciones de las oscilaciones de neutrinas se obtuvieron en mediciones en el Detector de Agua de Agua Chenkamikande en 1998.
El detector es un tanque de acero inoxidable con una altura de 42 my un diámetro de 40 m, llena con 50 mil toneladas de agua especialmente purificada. Se encuentra a una profundidad de 1,6 km (2,7 km del equivalente de agua) en Japón (Mina Camizo). En las paredes del depósito se encuentran 11146 FEU (detector interno + 1885 8 "FEU (detector externo).
El detector hizo posible distinguir de manera confiable los neutrinos electrónicos y muanos.
Una de las tareas establecidas por los investigadores fue medir los arroyos de neutrinos atmosféricos.
Los neutrinos nacen en la atmósfera como resultado de la interacción de las altas energías emitidas por los protones solares con los núcleos de la atmósfera. El resultado de estas reacciones es principalmente el nacimiento de los mesones π cargados y neutros. La decadencia de π-mesons cargados crea la siguiente cadena de transformaciones:

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

(12)

Las mediciones en esta unidad mostraron que el número de neutrinos de Muon grabados es comparable al número de electrónicos, aunque de (12) se deduce que los neutrinos de Muon deben ser el doble. El hecho de que la anomalía observada es una consecuencia de las oscilaciones se confirma mediante la dependencia del hilo de Muon Neutrino de la trayectoria. Para los neutrinos en caída vertical, este camino está a solo 20 km, y para que los neutrinos caen en el detector desde abajo desde debajo del suelo unos 13,000 km. El flujo que viene desde abajo fue mucho menos que lo anterior.
Estos resultados, junto con los datos de Davis, iniciaron la creación de complejos experimentales especiales para estudiar el problema de las oscilaciones de neutrinos. (En el mismo complejo experimental (K2K), se realizó el registro de los neutrinos de Muones que nace como resultado de las reacciones de protones obtenidas en el acelerador Kek. La longitud del camino de Muon Neutrino desde el acelerador Kek a las supercondiciones es de 240 km.)
Incluso se obtuvieron pruebas más convincentes de oscilaciones de neutrinas en un telescopio de neutral en Sudbury.

El observatorio de neutrino en Sadbury (Canadá) se construyó en una mina a una profundidad de 2070 m y contiene SNO - Chenkovsky detector en agua severa. 1000 toneladas de agua pesada Supercure (D 2 O) se inundan en un recipiente acrílico con un diámetro de 12 metros. La radiación Cherenkov se registra en 9,600 fotomultiplicadores instalados en la esfera con un diámetro de 17 metros que rodean un recipiente con agua severa. El detector se sumerge en agua ordinaria súper libre, que se encuentra en una cavidad en forma de barril con un diámetro de 22 metros y 34 metros de altura, excavado en una roca. Durante el día, el detector se registró en unos 10 eventos de neutral.

En Sudbury, los arroyos se formaron en el sol "Borny" Neutrino.

La primera reacción (SS) que fluye con la participación de las corrientes cargadas es sensible solo al neutrino electrónico (ν e), el segundo (NC) que fluye con la participación de las corrientes neutras es sensible a todos los neutrinos (X - E, μ, τ ). La dispersión elástica (s) es sensible a todos los sabores de neutrinos, pero a Muonny y Tau en menor medida. Por lo tanto, si los neutrinos pueden moverse de una fragancia a otra, el flujo de neutrinos medido por la reacción (SS) F CC (ν E) debe ser menor que el flujo medido por la reacción (ES) F ES (ν x).
En la primera serie de mediciones, que se llevó a cabo utilizando la reacción (SS), se registró la deficiencia del neutrino electrónico.
El próximo año, los flujos de neutrinos fueron evaluados por reacción (NC).
Los datos experimentales obtenidos en Sudbery permitieron estimar la corriente de neutrinos solares por reacción (13) y demostrar que es consistente con el modelo estándar del Sol. Por lo tanto, la deficiencia del neutrino electrónico fijado por Davis es una consecuencia de las oscilaciones.
Además de medir las oscilaciones de los neutrinos de Muones atmosféricos, se planifican experimentos con los llamados neutrinos de aceleración de "larga distancia" y ya se realizan. En estos experimentos, los neutrinos de Muones se formaron como resultado de la interacción de acelerados a varios protones con el convertidor objetivo, pasando una gran distancia subterránea, son registrados por el detector. En el experimento MINOS (Fermi Laboratories (EE. UU.)) Use dos detectores de neutrinos. Uno de ellos está ubicado cerca del objetivo del convertidor, el otro, a una distancia de 725 km. La comparación del número de neutrinos de Muones, que tendría que alcanzar el detector "lejano" en ausencia de oscilaciones, con el resultado medido, demuestra la disponibilidad de las oscilaciones.
El resultado principal de todos los experimentos realizados es Prueba de la existencia de oscilaciones. y estimar los parámetros de la mezcla de neutrinos ν 1, ν 2, ν 3. De acuerdo a

(15)

Aunque los estudios de las oscilaciones de los neutrinos y los ángulos de mezcla correspondientes correspondientes a este fenómeno ya han logrado por ν 1, ν 2 de no mala precisión (15), mezclando parámetros ν 2 , ν 3 Se sabe mucho peor, y las estimaciones confiables de los parámetros de mezcla de Neutrino ν 1, ν 3 aún no se han recibido.
Los resultados de los estudios de las oscilaciones de neutrinos se reflejan en el siguiente esquema: los rectángulos corresponden a los neutrinos ν 1, ν 2, ν 3 (abajo hacia arriba); Se muestran estimaciones aproximadas de las contribuciones en ellos neutrinos de diferentes sabores. Con una buena precisión en este momento, solo se establece la diferencia entre las masas ν 1, ν 2: es de aproximadamente 0.09 eV. Tan pequeñas diferencias en las masas ν 1, ν 2 junto con los datos de experimentos en el estudio de la forma de los β-espectros nos permiten estimar las masas de neutrino m (ν 1), m (ν 2)<2 эВ.

Literatura:

R. DAVIS ML. Medio siglo con neutrino solar. Ufn 174 408 (2004)
D. Perkins - Introducción a la física de las energías altas, M., 1991
M. Koshiba. El nacimiento de la astrofísica neutrino. Ufn, 174 4183(2004)

La teoría de las oscilaciones de neutrinos apareció como una posible solución al problema de la deficiencia de neutrinos solares. La esencia del problema fue que al sol, de acuerdo con el modelo estándar, los neutrinos surgen principalmente como resultado de la reacción del ciclo de protones-protones:

p + P 2 H + E + + E + 0.42 MEV

(Probabilidad relativa de tal reacción 99.75%)

La fuente principal de neutrinos de alta energía al sol se encuentran los altavoces de los isótopos 8 B, que se producen en la reacción 7 (P,) 8 B (una rama de ciclo de protones rara):

13 n 13 C + E + + E + 1.20 MEV

15 o 15 n + e + + e + 1.73 mev

Actualmente, hay cuatro series de datos experimentales sobre el registro de varios grupos de neutrinos solares. Durante 30 años, los experimentos radioquímicos están en marcha basados \u200b\u200ben la reacción 37 CL + E 37 AR + E -. Según la teoría, la principal contribución a esta reacción debe hacerse neutral en la decadencia de 8 V. Los estudios en el registro directo de los neutrinos desde la decadencia de 8 V con la medición de la energía y la dirección de movimiento de neutrinos se realizan en el kamiokande. Experimento desde 1987. Experimentos radioquímicos para la reacción 71 GA + E 71 GE + E - Los últimos cinco años son llevados a cabo por dos grupos de científicos de varios países. Una característica importante de esta reacción es su sensibilidad principalmente a la primera reacción del ciclo de protón P + P 2 D + E + E. El ritmo de esta reacción determina la tasa de liberación de energía en el horno termalide del sol en tiempo real. En todos los experimentos, existe una deficiencia en las corrientes de neutrinos solares en comparación con las predicciones del modelo solar estándar.
La posible solución del problema de la deficiencia de neutrinos solares es las oscilaciones de neutrina: la conversión de neutrinos electrónicos en Muon y Tau-Neutrino.
Lo primero que debe prestar atención, empezando a discutir las propiedades de Neutrino, es la existencia de sus diversas variedades.
Como usted sabe, en la actualidad, definitivamente podemos hablar de tres variedades de este tipo:
ν E, ν μ, ν τ y, en consecuencia, su antineutrino. El neutrino electrónico al intercambiar el W-Boson cargado procede al electrón, y el Muon, en el Muon (ν τ produce Tau-Lepton). Esta propiedad también se le permite determinar la diferencia en la naturaleza del neutrino electrónico y Muon. A saber, los paquetes de neutral formados en los aceleradores consisten principalmente en los productos de decaimiento de π-mesones cargados:

π + μ + + ν
π − μ − + ν

Si el neutrino no distingue las variedades de lepton, el neutrino así obtenido con una opción igual a la elección producirá electrones y muones al interactuar con los núcleos de sustancias. Si cada lepton corresponde a su grado de neutrino, solo las variedades de Muon se generan en la decadencia de las peonías. Luego, la viga de neutrina del acelerador estará en el número abrumador de casos para darle a los muones, no los electrones. Este es el fenómeno y se registró en el experimento.
Después de descubrir la diferencia en las diferencias en las variedades de neutrino, surgió la pregunta: ¿Qué tan profunda es esta distinción? Si recurres a la analogía con quarks, debe prestar atención al hecho de que las interacciones eléctricas no conservan los quarks de variedad (aroma). Es posible, por ejemplo, la siguiente cadena de transiciones:

lo que conduce a las condiciones de mezcla que difiere solo como extraño, por ejemplo, K-Mesons K 0 0 y K 0. ¿Se pueden mezclar las diferentes variedades de neutrino de la misma manera? Al responder a esta pregunta, es importante saber cuáles son las masas neutrinas. De las observaciones, sabemos que los neutrinos tienen masas muy pequeñas, sustancialmente menos que las masas de los leptos respectivos. Entonces, para la masa de neutrinos electrónicos, tenemos un límite.

mE)< 5.1 эВ,

mientras que la masa de electrones es 0.51099906 ± 0.00000015 MeV
En la abrumadora mayoría de los casos, podemos asumir las masas de los tres neutrinos iguales a cero. Si son iguales a cero, es imposible notar los efectos de la posible mezcla de variedades variedades de neutrino. Solo si los neutrinos tienen masas diferentes de cero, la mezcla adquiere un significado físico. Tenga en cuenta que no se nos ha desconocido cualquier principio causa que conduzca a una igualdad estricta de las masas neutrinas cero. Por lo tanto, la pregunta de si hay una mezcla de diferentes neutrinos, es una tarea que los métodos físicos deben resolverse, principalmente experimentales. Por primera vez, la posibilidad de mezclar variedades de electrones y muas de Neutrino indicó B.M. Pontecormo.

Mezclando estados neutrinos

Considere la tarea de dos variedades neutrinas: E, ν μ ,. Para los efectos de mezcla, considere cómo se desarrollan los estados dependiendo del tiempo. La evolución a tiempo determina la ecuación de Schrödinger.

Desde este lugar, usamos el sistema de unidades H \u003d C \u003d 1, que se usa generalmente en la física de las partículas elementales. Este sistema es conveniente porque contiene solo un valor dimensional, por ejemplo, energía. La misma dimensión con energía es ahora el impulso y la masa, y la coordenada X y Time T tienen la dimensión de la energía inversa. Aplicando esta relación al caso de Neutrino en consideración, cuando sus masas son mucho menos que el pulso, obtenemos en lugar de (2):

Basado en (5), entendemos la ecuación (4) como un sistema de ecuaciones para funciones (T), (t):

Para la brevedad, generalmente se registra un sistema de este tipo en el formulario (4), pero entienden (t) como una columna desde, y entre paréntesis, el primer término es proporcional a una sola matriz, mientras que m 2 se vuelve un poco (2 x 2 ) -Matris con elementos de matriz que son fáciles de obtener del sistema (6). Aquí la magnitud es muy importante, la diferencia de cero y conduce a efectos de mezcla. Si no lo es, el sistema se desintegra en dos ecuaciones independientes y neutrinos, electrónicos y muones, existen por separado con sus propias masas.
Entonces, h 0. Luego buscaremos soluciones del sistema (6) en forma de combinaciones.

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

(7)

que tienen una cierta frecuencia, es decir, tienen la forma (3). Es importante que sea importante, es importante tener en cuenta que en el pequeño 0 1 es casi puro neutrino de electrones, y con / 2, casi completamente MUON. Doblando el primero de las ecuaciones (6), multiplicado por COS, con el segundo, multiplicado por el pecado, obtenemos la condición que solo 1 también está contenida en el lado izquierdo:

Sucediendo mETRO. E\u003e, es decir, \u003d / 4, corresponde a la mezcla máxima y se implementa casi exactamente para el sistema de K-Mesons neutros. Los estados (7) tienen ciertas masas que obtenemos del sistema (6):

(10)

Señales en (10) corresponden al caso\u003e mETRO. mi. De (10) vemos que con cero mezcla \u003d 0 obtenemos mETRO. 1 = mETRO. MI, mETRO. 2 \u003d. En presencia de mezcla, se produce el cambio de masa. Si consideras muy pequeño, entonces

Imagina que en el momento inicial de tiempo t \u003d 0 nació neutrino electrónico. Luego, de (7) y (12) obtenemos la dependencia en el momento del Estado en consideración (el factor general E--IMIR, omitimos)

(13)

Presentamos la designación M 2 \u003d M 1 2 - M 2 2. Vemos que junto con el neutrino electrónico apareció al principio, el neutrino Muon Neutrino aparece aquí. La probabilidad de su apariencia de acuerdo con las reglas de la mecánica cuántica es el cuadrado del módulo de amplitud, es decir, el coeficiente en | ν μ\u003e. Parece que (13) depende de la hora y los montos a

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),

(14)

donde medimos la distancia L en metros, energía neutrinos, en megaelectronevolt, y la diferencia en los cuadrados de la masa M 2, en electrool de electrones cuadrados. Por supuesto, tenemos en cuenta las pequeñas masas de neutrino, para que l \u003d ct. El componente Muon tiene una dependencia de la característica oscilante; Este fenómeno recibió el nombre de Oscilaciones de Neutrinos. ¿Qué debe observarse como efecto de oscilación de neutrinos? Sabemos que los neutrinos electrónicos se dan como resultado de la reacción con el electrón de Exchange W, y el Muon es, respectivamente, Muon. En consecuencia, la viga, que consiste originalmente en neutrinos electrónicos cuando pasa a través del equipo de grabadora, no solo los electrones, sino también los muones, con una probabilidad, dependiendo de la distancia al punto inicial descrito por la fórmula (14) da. Hablar simplemente, es necesario buscar el nacimiento de los leptos "alienígenas".
Los experimentos en la búsqueda de oscilaciones de neutrinos se llevan a cabo activamente y, por regla general, no conducen a la medición del efecto, sino a las restricciones a los parámetros en (14) y m 2. Está claro que el efecto no es completamente si al menos uno de estos parámetros es cero. Recientemente, ha habido informes de instrucciones graves sobre la existencia de oscilaciones de neutrinos en experimentos en la instalación japonesa de Super-Kamiocham. En estos experimentos, el hilo de neutrino de las decades de partículas, nacido en las capas superiores de la atmósfera de los rayos cósmicos de las altas energías. Dependiendo de los ángulos de inclinación al horizonte, bajo el cual los neutrinos en estudio vienen al dispositivo, pasan distancias de varias decenas de kilómetros (justo arriba) a muchos miles de kilómetros (a la derecha). El resultado de mediciones semisubras continuas fue incompatible con los cálculos de la teoría sin oscilaciones. Al mismo tiempo, la introducción de las oscilaciones conduce a un excelente acuerdo con la experiencia. Al mismo tiempo, las transiciones ν μ E son necesarias:

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

es decir, obviamente se requieren valores distintos de cero. Hasta ahora, la opinión pública científica no ha recibido el reconocimiento final de la apertura de las oscilaciones de neutrinos y espera la confirmación del resultado. Los experimentos continúan, y mientras tanto, resultó que una información aún más rica puede ser el estudio de las oscilaciones de neutrinos en consideración de su interacción con la sustancia.

Oscilaciones de neutrinos en sustancia.

La aclaración de las posibilidades asociadas con los efectos de la propagación de los neutrinos en la sustancia se asocia con las obras de L. Volphenstain (L. Wolfenstein) y S.P. Mikheeva y a.yu. Smirnova.
Considere nuevamente el caso de dos neutrinos: electrónicos y muanos. La sustancia tiene protones y neutrones en núcleos y electrones. La interacción de ambas variedades de neutrinos con protones y neutrones debido al intercambio W y Z ocurre por igual y, por lo tanto, no conduce a nuevos efectos en comparación con la distribución al vacío. Es bastante diferente acerca de la dispersión de los neutrinos en los electrones. Muon Neutrino puede interactuar con un electrón solo debido al intercambio de Boson Z neutro, mientras que en la dispersión de los neutrinos electrónicos (y antineutrino) en el electrón le da la contribución y el intercambio de boson cargados, de hecho, por ejemplo, W - entra en un par de e, por lo que la dispersión del proceso va de acuerdo con el esquema

Al dispersar antineutrino en el electrón hay una fusión de ellos en W, y durante la dispersión se intercambia con dispersión W, en el que el neutrino inicial le da al electrón y w +, que es absorbido por el electrón inicial, dando el neutrino final. Para los neutrinos de Muones, tales transiciones no son posibles.
Por lo tanto, el neutrino electrónico tiene una interacción adicional con el electrón, que se describe por un miembro adicional en la primera línea (6):

Luego, el sistema de ecuaciones que describe la dependencia de la función de onda de los cambios de tiempo:

donde \u003d 2KV W, y este valor está asociado con la dispersión de los neutrinos de electrones sobre electrones debido a la teoría de W. Electrosal le da una simple expresión

(17)

dónde G F. = (1.16637 + 0.00002). 10 -5 GEV -2 es la famosa constante de Fermi, que caracteriza a las interacciones débiles, y N E. - Densidad de electrones en sustancia. Esta densidad es proporcional al número nuclear nuclear del elemento y la densidad convencional de la sustancia P, que se refleja en la forma numérica de la relación (17). Luego, el valor se puede representar en el formulario (A - el peso atómico del elemento correspondiente)

Teniendo en cuenta la expresión (16) para las masas de los estados de neutrinos y (19) para el ángulo de mezcla en la sustancia, obtenemos el fenómeno más interesante de la oscilación resonante del neutrino en la sustancia. Deje que la mezcla de neutrinos en vacío sea muy pequeña, es decir, pecado 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)

se realiza por resonancia. De hecho, con el pecado 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.
El fenómeno de la oscilación resonante también se pronuncia en la dependencia de las masas neutrinas en una sustancia de densidad (16). De hecho, comencemos con la expresión (16) con un signo menos que, de acuerdo con las ecuaciones (15), describe el electrón Neutrino inicial (ya que contiene una interacción característica con los electrones V W). Deja que el cambio de densidad pase por la resonancia. Luego, el cuadrado de la masa a la resonancia en un ángulo bajo es M E 2 + V W, y después de la resonancia. Cuando pasa la resonancia, la variedad de neutrinos está cambiando completamente.
Cabe señalar que si está en lugar de neutrino para considerar antineutrino, entonces la principal diferencia es el signo de un miembro que describe la interacción con el intercambio W. Signos de V W por neutrino y antineutrino son opuestos. Esto significa que la condición de resonancia se logra dependiendo del signo M 2 o solo para neutrinos, o solo para antineutrino. Por ejemplo, si Neutrino Muon es más pesado, entonces la resonancia solo se puede observar para el estado inicial del neutrino electrónico, pero no antineutrino.
Por lo tanto, la propagación de haces de neutrinos (y antineutrina) en la sustancia proporciona información física rica. Si los parámetros básicos, es decir, M 2 y, se conocen, entonces, con algún objeto con un haz neutrino, por ejemplo, un planeta, estrella, etc., de acuerdo con la composición del haz de neutrina en la salida, puede obtener un patrón de distribución de densidad dentro del objeto de transmisión. Puede prestar atención a una analogía cercana con objetos pequeños translúcidos (incluyendo vivo) radiografías.

Ejemplos de posibles manifestaciones y aplicaciones.

El fenómeno de las oscilaciones de neutrinos aún no se ha registrado en la experiencia, pero hay instrucciones sobre su existencia, y se asocian con posibles fenómenos resonantes. El hecho es que los métodos de registro son sensibles principalmente al neutrino electrónico (antineutrino), ya que Muon y el más neutrino con energías en varios MegaelectroneVolt no pueden dar reacciones, por ejemplo,

37 CL + 37 AR + E -.

que se utiliza en el método de registro de cloro-argón neutrino. Esto se debe al hecho de que para el nacimiento del Muón necesita gastar la energía de más de 100 MEV (e incluso más para el nacimiento de TAU). Al mismo tiempo, puede ocurrir una reacción similar con neutrino electrónicos. Las reacciones nucleares en el sol son la fuente de los neutrinos electrónicos (anti-), de modo que el método utilizado parecía bastante adecuado. Sin embargo, si está en la ruta desde el punto de nacimiento hasta el dispositivo, ocurrió la oscilación y los neutrinos se volvieron, por ejemplo, en un muón, entonces la reacción no ocurre, Neutrino se vuelve "estéril". Esto podría servir como una explicación de la escasez de neutrinos solares.
Al principio, intentaron usar la habitual (primera sección) de oscilación en el espacio entre el sol y la tierra. Una mezcla de neutrinos de Muon está determinada por el ángulo de mezcla. Refiriéndose a la fórmula (14) se puede concluir que la proporción de dicho neutrino estéril en la Tierra

donde los soportes angulares designamos el valor promedio. El promedio es necesario, ya que la distancia L de la Tierra al Sol en el proceso de medición varía significativamente debido a su movimiento de órbita. El valor promedio de la función SIN 2X en un gran intervalo es 1/2, por lo tanto, la proporción de neutrinos estériles es

Por lo tanto, es posible lograr la supresión del hilo de neutrino del sol por la mitad, en general, es posible, pero para esto es necesario maximizar el pecado 2 \u003d 1. La búsqueda de oscilaciones muestra que para un amplio intervalo. de masas neutrinas, se excluye una mezcla tan grande. Además, tal explicación proporciona la misma supresión del flujo de neutrinos para todas las energías neutrinas, mientras que los resultados experimentales indican la dependencia energética del efecto.
Una explicación es más adecuada con la ayuda de las oscilaciones resonantes en la sustancia del sol. Para tener en orden una transición resonante de neutrinos en un estado estéril, es necesario que la condición (20) esté satisfecha en alguna capa de la sustancia solar. Deje que el ángulo de mezcla sea muy pequeño, por lo que COS 21. Tomar el valor de los parámetros.

Z / a \u003d 1.05, \u003d 10 g / cm 2, e \u003d 1 mev,

donde el primer número refleja el hecho de que el sol consiste principalmente en hidrógeno con una mezcla de helio y otros elementos. Luego, la condición (20) da masas neutrinas por la diferencia.

Es este tipo de masa de neutrinos necesarios para usar el mecanismo resonante de las oscilaciones de neutrinos en una sustancia para explicar la escasez de neutrinos solares, incluida la dependencia energética de este efecto. La situación aquí es la siguiente: Si los datos experimentales existentes recibirán una confirmación final, no se ofrecerá otra explicación, además de la oscilación resonante. Será el resultado más importante que abra el camino hacia una comprensión adicional del dispositivo del mundo físico. Además, obtenemos un nuevo método de transmisión de rayos X de cuerpos celestes, incluida nuestra tierra. De hecho, teniendo en cuenta que la densidad de las rocas de la Tierra es de 3-6 g / cm 3 en el manto y 9-12 g / cm 3 en el núcleo, estamos convencidos de que con la masa de neutrinos (22), las condiciones de La resonancia se logra por neutrinos con energías del orden de varios megaelectronvolt. Formando tales paquetes y realizando el programa de transmisión de la Tierra con la grabación del efecto en la red de estaciones de neutrinos, puede obtener tomogramas de estratos terrenales. En el futuro, esto puede llevar tanto a aclarar los detalles de la estructura de la Tierra y a los resultados prácticos, por ejemplo, en un apego a la búsqueda de minerales profundamente ocurridos.

El martes, el 6 de octubre, se sabía que el japonés Takaaki Kadzita y el canadiense Arthur McDonald para la apertura de las oscilaciones de neutrinos se convirtieron en los laureados del Premio Nobel de Física para 2015.

Este es el cuarto "Nobel" en física, que se otorga por el trabajo sobre el estudio de estas partículas misteriosas. ¿Cuál es el misterio de los neutrinos, por qué son tan difíciles de detectar y qué son las oscilaciones de neutrinas, le diremos en este artículo por un idioma simple y asequible?

Neutrón

Al final del siglo XIX, el físico francés Henri Beququer, estudiando cómo se conectan la luminiscencia y las radiografías, abrió la radioactividad accidentalmente. Resultó que una de las sales de uranio se convierte en radiación invisible y misteriosa, que no es una radiografía. Luego, resultó que la radioactividad fue inherente al uranio, y no los compuestos en los que entra, después de lo cual se abrió la radioactividad y otros elementos, como el torio, el radio, etc.

Unos años más tarde, el físico británico Ernest Rutherford decidió omitir la radiación radiactiva no estudiada a través del campo magnético y encontró que se puede dividir en tres partes. Algunos rayos se desviaron en un campo magnético, al igual que si consistían en partículas cargadas positivamente, otras, según lo compilado de negativo, y el tercero no se desvió en absoluto.

Como resultado, el primero se decidió llamar a alfa-rayos, los rayos de la segunda beta y los rayos de tercer gamma. Posteriormente, resultó que los rayos gamma son radiación electromagnética de alta frecuencia (o una corriente de fotones con alta energía), alfa rayos: una corriente de núcleos de átomos de helio, es decir, partículas compuestas de dos protones y dos neutrones, y Beta-rays - flujo de electrones, aunque también hay rayos beta de positrones (depende del tipo de decaimiento beta).

Si mide la energía de las partículas alfa y las partículas gamma que surgen del tipo apropiado de decaimiento radioactivo, resulta que puede tomar solo algunos valores discretos. Esto está bien acordado con las leyes de la mecánica cuántica. Sin embargo, con los electrones emitidos con la decadencia beta, se observó la situación, el otro, el espectro de su energía fue continuo. En otras palabras, el electrón podría transportar completamente cualquier energía limitada solo por el tipo de isótopo de desintegración. Además, en la mayoría de los casos, resultó que la energía de electrones es menor que la teoría predicha. Además, la energía del kernel se formó después de que la decadencia radioactiva también resultó ser menos prevista.

Resultó que con Beta-Decay, la energía desapareció literalmente, violando el principio físico fundamental, la ley de conservación de la energía. Algunos científicos, entre los cuales Niels Bohr, estaba listo para admitir que la ley no podía funcionar en un micrómetro, pero el físico alemán Wolfgang Pauli se ofreció a resolver este problema con una manera simple y bastante arriesgada, para asumir que la energía faltante toma alguna partícula. Que no tiene una carga eléctrica, está extremadamente débilmente interactuando con la sustancia y, por lo tanto, no se encontró.

Unos años más tarde, esta hipótesis fue adoptada por el físico italiano Enrico Fermi para la explicación teórica de la desintegración beta. En este momento, ya se han abierto neutrones y físicos, sabían que el núcleo atómico consiste no solo de protones. Se sabía que los protones y neutrones en el kernel mantienen la llamada interacción fuerte. Sin embargo, todavía era incomprensible por qué, con beta-decaimiento, el kernel emisora \u200b\u200bel electrón, que está allí en principio allí.

Fermi sugirió que la decadencia beta es similar a la radiación del átomo excitado de fotones y el electrón aparece en el núcleo en el proceso de decadencia. Un neutrón en el núcleo se desintegra en tres partículas: el protón, el electrón y la partícula más invisible, predijeron a Pauli, que Fermi está en italiano llamado "neutrino", es decir, un "neutrón", o un pequeño neutrón. Al igual que el neutrón, Neutrino no tiene una carga eléctrica, sino que también no participa en una fuerte interacción nuclear.

La teoría de Fermi resultó ser exitosa. Se descubrió que para la desintegración beta, otro alojamiento no conocido fue responsable: nuclear débil. Esta es la mayor interacción en la que, además de gravitacional, se involucra neutrinos. Pero debido al hecho de que la intensidad y el radio de esta interacción son muy pequeños, los neutrinos permanecen en su mayor parte invisibles para la materia.

Es posible presentar neutrinos no demasiada energía, lo que vuela a través de una hoja de hierro. Para que esta partícula con una probabilidad del cien por ciento sea detenida con una hoja, su espesor debe ser de aproximadamente 10 ^ 15 kilómetros. Para la comparación: la distancia entre el sol y el centro de nuestra galaxia es solo un pedido más, aproximadamente 10 kilómetros.

Tal elusividad neutrino dificulta enormemente su observación en la práctica. Por lo tanto, la existencia de neutrino se confirmó experimentalmente solo 20 años después de la predicción teórica, en 1953.

Tres generaciones neutrinos

La decadencia beta puede ocurrir de dos maneras: con emisión de electrones o positrón. Junto con el electrón, siempre se emite antineutrino, y con el positrino - neutrino. A mediados del siglo XX, surgió una pregunta frente a los físicos: ¿Hay alguna diferencia entre Neutrino y Antineutrino? Por ejemplo, el fotón es un antipartícula para sí mismo. Pero el electrón no es idéntico a su antipartice, un positrón.

La identidad de los neutrinos y el antineutrino indicaban la ausencia de una partícula de una carga eléctrica. Sin embargo, con la ayuda de experimentos cuidadosos, fue posible descubrir que Neutrino y Antineutrino todavía difieren. Luego, para distinguir partículas, tuvieron que introducir su propio signo de carga - Número de lepton. Por acuerdo con los científicos de Lepton (partículas que no están involucradas en una interacción fuerte), incluidos los electrones con neutrinos, se les asigna un número de lepton +1. Y los antiletones, entre los que hay antineutrinos, se les asigna un número -1. El número de Lepton siempre debe conservarse, esto explica el hecho de que los neutrinos siempre aparecen solo en un par con un positrón, y antineutrino con un electrón. Ellos, como lo fueron, se equilibran entre sí, dejando la suma de los números de lepton de cada partícula de todo el sistema.

A mediados del siglo XX, la física de las partículas elementales experimentó un verdadero auge: científicos uno tras otro descubrió nuevas partículas. Resultó que los leptones existían más de lo que se consideraba, además del electrón y el neutrino, se abrió un muón (electrón pesado), así como a Muon Neutrino. Posteriormente, los científicos también descubrieron la tercera generación de leptones, incluso más severo, Tau-Lepton y Tau-Neutrinos. Se quedó claro que todos los leptones y quarks forman tres generaciones de fermiones fundamentales (partículas con un medio Heer de vuelta, de las cuales consiste).

Para distinguir tres generaciones, los leptones tenían que introducir el llamado cargo de sabor lepton. Cada una de las tres generaciones de leptones (electrones y neutrinos, Muones y Muones Neutrino, Tau-Lepton y Tau-Neutrinos) corresponde a su cargo de lepton con sabor a lepton, y la cantidad de cargos es un número general de Lepton del sistema. Durante mucho tiempo se creía que el cargo de lepton también debería mantenerse siempre. Resultó que en el caso de Neutrino, esto no ocurre.

Neutrino derecho e izquierdo

Cada partícula elemental tiene una característica tan quantum mecánica como giro. El giro se puede representar como el número de movimiento de rotación de la partícula, aunque esta descripción es muy condicional. El giro se puede dirigir a alguna dirección en relación con el pulso de la partícula, en paralelo o perpendicularmente. En el segundo caso, es habitual hablar sobre la polarización transversal de la partícula, en la primera, sobre el longitudinal. Con la polarización longitudinal, también se distinguen dos estados: cuando el giro está dirigido junto con el pulso, y cuando se dirige opuesto al respecto. En el primer caso, se dice que la partícula tiene polarización correcta, en la segunda a la izquierda.

Durante mucho tiempo, la física se consideró una ley indiscutible de preservación de la paridad, lo que sugiere que de la naturaleza, la simetría espejo y las partículas estrictas con polarización derecha deben ser completamente iguales a las partículas con la izquierda. De acuerdo con esta ley, en cualquier haz neutrino, sería posible encontrar el mismo número de partículas polarizadas y olarizadas derecha.

La sorpresa de los científicos no fue el límite cuando resultó que para neutrinos no se observa la ley de la paridad, en la naturaleza, no hay neutrinos polarizados correctos y antineutrino lespolarizado. Todos los neutrinos han dejado polarización, y antineutrino, a la derecha. Esta es la prueba de ese hecho sorprendente que la debilidad de la interacción nuclear responsable de la decaimiento beta, en la que nace neutrino, es quiral, con una reflexión en espejo, sus leyes cambian (ya hemos escrito en detalle por separado).

Desde el punto de vista de la física de las partículas elementales de la mitad del siglo XX, la situación con una polarización estricta dijo que los neutrinos son una partícula sin masa, ya que de lo contrario tendría que reconocer el incumplimiento de la ley de conservación del lepton. cargo. Basado en esto, durante mucho tiempo se creía que los neutrinos realmente no son masas. Pero hoy sabemos que no lo es.

Masa esquiva

Los neutrinos en una gran cantidad se precipitan por el grosor de la tierra y justo a través de nuestro cuerpo. Nacen en reacciones termonucleares en el sol y otras estrellas, en la atmósfera, en reactores nucleares, incluso dentro de nosotros, como resultado de la decadencia radiactiva de algunos isótopos. Todavía vuele a través del Universo Relic Neutrinos, nacido después de una gran explosión. Pero su interacción extremadamente débil con la sustancia determina el hecho de que no los notamos en absoluto.

Sin embargo, durante los años de estudio, los físicos neutrinos han aprendido de la ayuda de métodos astutos para registrarlos. Y al observar el hilo de Neutrino nacido en el sol, los científicos abrieron un hecho extraño, con las luminarias de estas partículas, vuela aproximadamente tres veces menos de lo que predice la teoría. Aquí es necesario aclarar que es precisamente un tipo de neutrino neutrino neutrino.

Para explicar este hecho, intentaron atraer varias hipótesis sobre la estructura interna del sol, que es capaz de retrasar el neutrino faltante, pero estos intentos no tuvieron éxito. Solo una explicación teórica seguía siendo el hecho, en la carretera desde el sol hasta el suelo, las partículas giran de un tipo de neutrino a otro. Una partícula nacida como un neutrino electrónico está en su camino de oscilaciones, con una cierta periodicidad, mostrándose como Muon o Tau-Neutrino. Por lo tanto, no solo los neutrinos electrónicos, sino también a Muon y Tau-Neutrinos llegan al suelo desde el sol. La hipótesis de las oscilaciones de neutrinas en 1957 presentó el físico soviético-italiano Bruno Pontecorvo. Tales transformaciones de neutrino del mismo tipo en otro asumieron una condición necesaria, la presencia de masas en neutrino. Todos los experimentos realizados con neutrinos mostraron que la masa de esta partícula es una evidencia debida y estricta de que es igual a cero, no se obtuvo. Entonces, la posibilidad de las oscilaciones de neutrinos realmente permaneció.

Apertura de oscilaciones.

La confirmación de la existencia de oscilaciones de neutrinos logró obtener debido a observaciones de neutrinos soleados y atmosféricos en la instalación experimental de "Superkanda" en Japón y el Observatorio de Neutrinos en Sudbury en Canadá.

Los japoneses para el registro Neutrino construyeron una estructura impresionante: un enorme depósito (de 40 a 40 metros) de acero inoxidable, lleno de 50 mil toneladas de agua más pura. El reservorio estaba rodeado de más de 11 mil fotomultiplicadores, que eran para registrar los brotes más pequeños de la radiación de Chenkovo, nacidos al eliminar los electrones de los átomos, cualquier neutrino. Teniendo en cuenta el hecho de que el neutrino está interactuando extremadamente débilmente con una sustancia, desde miles de millones de metros a través de un tanque de partículas, se registran algunas unidades. Teniendo en cuenta el hecho de que los investigadores tienen que drenar estos eventos de un fondo grande (después de todo, a través de un gran depósito, todavía hay muchas partículas completamente diferentes), el trabajo fue tomado por colosal.

El detector japonés fue capaz de distinguir los neutrinos electrónicos y muanos por la naturaleza de la radiación causada por ellos. Además, los científicos sabían que la mayoría de los neutrinos de Muon nacen en la atmósfera cuando una colisión de partículas de aire con rayos cósmicos. Debido a esto, encontraron el siguiente patrón: cuanto más largos, los paquetes de neutrinos superaron las distancias, las más pequeñas entre ellos Muon Neutrinos. Esto significó que, en cuanto a algunos de los neutrinos de Muon, se convierten en otros neutrinos.

La prueba final de la existencia de oscilaciones de neutrinos se obtuvo en 1993 en el experimento en Sudbury. De hecho, la instalación canadiense era similar al japonés, un tanque enorme y no menos impresionante con agua subterránea y muchos detectores de la radiación de Chenkovo. Sin embargo, ya ha podido distinguir entre los tres tipos de neutrinos: electrónica, muon y tau-neutrinos. Como resultado, se encontró que el número total de neutrinos que llegan al sol no cambia y es constante bien con la teoría, y la falta de neutrinos electrónicos es causada por su oscilación. Además, de acuerdo con los datos estadísticos, los neutrinos son más oscilaciones cuando se pasan a través de una sustancia que a través de un vacío, ya que más neutrios electrónicos volaron al detector en la tarde que por la noche, cuando las partículas nacidas en el sol tuvieron que superar a toda la multitud. de la tierra.

Según las ideas de hoy, las oscilaciones de neutrina son una prueba de la presencia de masa en estas partículas, aunque el valor exacto de la masa aún se desconoce. La física sabe solo su borde superior: neutrinos al menos mil veces más fácil que un electrón. El cálculo de la masa exacta de neutrinos es la siguiente gran tarea de los físicos que trabajan en esta dirección, y es posible que se presente el siguiente "Nobel" para los neutrinos para este logro.

Neutrinos: al igual que los leptones cargados (electrónica, Muones, TAU), quarks de tipo superior (arriba, fascinado, verdadero) y tipo inferior (más bajo, extraño, adorable), hay tres tipos. Pero podemos dividirlos de diferentes maneras. Al mismo tiempo, debido a la naturaleza cuántica de nuestro mundo en un momento dado, puede usar solo uno de ellos. En este artículo, explicaré por qué está sucediendo esto, y cómo un hecho tan interesante e importante debe ser tan interesante e importante desde un punto de vista científico como Oscilaciones de neutrinas.

Puede considerar que cada partícula tiene una cierta masa, por ejemplo, la energía de la masa de electrones es igual a (E \u003d MC 2) 0.000511 GEV, y con uno de los puntos de vista posibles, tres tipos de neutrinos no son excepciones. Podemos clasificar tres neutrinos por sus masas (que aún se desconocen), y llamármelas, desde la mayoría de los pulmones hasta los neutrinos más severos, neutrinos-1, neutrinos-2 y neutrinos-3. Llamaremos a esta división por clasificación masiva, y tales tipos de tipos de masas neutrinos.

Higo. uno

Otra forma de clasificar los neutrinos, por su conexión con los leptones cargados (electrones, MUON y TAU). Esto se menciona en el artículo sobre cómo se verían las partículas si el campo de Higgs era cero. Esta es la mejor manera de comprender, se centran en cómo el neutrino afecta la debilidad de la interacción nuclear, que se refleja en sus interacciones con una partícula W. La partícula W es muy pesada, y si lo produce, puede desintegrarse (Fig. 1 ) Para uno de los tres antilotelletones cargados y uno de los tres neutrinos. Si se desintegra en Antitau, aparece Tau-Neutrino. De manera similar, si W decae a Antimuon, aparecerá Muon Neutrino. (Que es crítico para crear un haz de neutral, la peonía se desintegra con la ayuda de las interacciones débiles, y los neutrinos de antimuones y muones se obtienen de peones cargados positivamente). Y si se decae en el positrón, aparece neutrino electrónico. Lo llamamos una clasificación débil, y estos neutrinos son neutrinos de un tipo débil, ya que están determinados por una interacción débil.

Bueno, ¿cuál es el problema aquí? Constantemente usamos diferentes clasificaciones a las personas. Estamos hablando de lo que las personas son jóvenes, adultos y ancianos; Son altos, altura media y baja. Pero las personas se pueden dividir a voluntad, por ejemplo, por ejemplo, nueve categorías: jóvenes y altas, jóvenes y medianas, adultos y bajos, ancianos y bajos, etc. Pero la mecánica cuántica nos prohíbe hacer lo mismo con las clasificaciones de neutrinos. No hay neutrinos que sean simultáneamente MUON Neutrinos y Neutrinos-1; No hay tau-neutrinos-3. Si le informo la masa de Neutrino (y, por lo tanto, si pertenece al Grupo Neutrino-1, 2 o 3), simplemente no puedo decirle si es electrónico, Muon o Tau-Neutrino. El neutrino de un cierto tipo de masa es una mezcla, o "superposición" de tres neutrinos de tipo débil. Cada tipo de masa neutrino es neutrinos-1, neutrino-2 y neutrinos - 3 son precisos, pero diferentes de la otra mezcla de electrónica, muon y tau-neutrino.

Verdadero y reverso. Si veo cómo se rompe la peonía a Antimyuon y Neutrinos, reconozco inmediatamente que los neutrinos resultantes serán los neutrinos de Muon, pero no puedo reconocerlo, porque será una mezcla de neutrinos-1, neutrinos-2 y neutrinos-3. Los neutrinos electrónicos y los neutrinos también son precisos, pero diferentes mezclas de tres neutrinos de ciertas masas.

La conexión entre estas masas y los tipos débiles es más (pero no exactamente con respecto a) el vínculo entre las clasificaciones de la carretera estadounidense, como ir "desde el norte a sur" y del "Occidente hacia el este" (el gobierno de los Estados Unidos los divide de esta manera, asignando números odiosos de la carretera con / yu e incluso con sencillos carreteras S / C), y su división en las carreteras que vienen del noreste al suroeste y del sureste al noroeste . El uso de cualquier clasificación tiene sus ventajas: la clasificación C / YC / B es adecuada si está concentrado en latitud y longitud, y CV / YUZ - SH / SZ será más conveniente cerca de la costa, ya que proviene del suroeste a el noreste. Pero ambas clasificaciones no se pueden usar simultáneamente. El camino que viene al noreste es parcialmente al norte y, en parte, oriental; Es imposible decir que ella es tal o Syakaya. Y el camino del norte es una mezcla de noreste y noroeste. Entonces, con neutrinos: tipo de masa neutrino: una mezcla de neutrinos de un tipo débil y neutrino de un tipo débil: una mezcla de masa. (Una analogía dejará de funcionar si decide utilizar una clasificación mejorada de las carreteras de C / Y - SV / UZ - IN / S - SS / SS; para neutrinos no hay tal opción).

La incapacidad de clasificar los neutrinos atribuiéndolos a un cierto tipo de masa y a un determinado tipo débil: este es un ejemplo del principio de incertidumbre, similar a la extrañeza, que prohíbe simultáneamente conocer la posición exacta y la velocidad de partículas precisa. Si sabe exactamente una de estas propiedades, no tiene idea de un amigo. O puedes aprender algo sobre ambas propiedades, pero no todas. La mecánica cuántica le dice exactamente cómo equilibrar su conocimiento e ignorancia. Por cierto, estos problemas no solo pertenecen a Neutrino. Están conectados con otras partículas, pero son especialmente importantes en el contexto del comportamiento de Neutrino.

Hace unas décadas, todo fue más fácil. Luego se creía que Neutrino no tiene una masa, por lo que fue suficiente usar una clasificación débil. Si miras el trabajo antiguo o en libros antiguos para la gente común, verás solo los nombres como neutrinos electrónicos, Muon Neutrino y Tau-Neutrino. Sin embargo, después de los descubrimientos de la década de 1990, esto no es suficiente.

Y ahora comienza el más interesante. Supongamos que tiene el neutrino de alta energía de tipo electrónico, es decir, una cierta mezcla de neutrino-1, neutrino-2 y neutrinos-3. Neutrino se mueve en el espacio, pero tres de sus diferentes movimientos de masa se mueven con velocidades ligeramente diferentes, muy cerca de la velocidad de la luz. ¿Por qué? Porque la velocidad del objeto depende de su energía y masa, y en tres tipos de masas tres masas diferentes. La diferencia en sus velocidades es extremadamente pequeña para cualquier neutrino que podamos medir, nunca se ha observado, ¡pero su influencia es increíblemente fuerte!

La diferencia de las tasas de neutrino - una pequeña fórmula

La velocidad de la partícula V en la teoría de la relatividad de Einstein se puede registrar a través de una masa de partículas M y Energy E (esto es una energía completa, es decir, la energía de movimiento más la energidad de la masa E \u003d MC 2), y el Velocidad de la luz C, como:

Si la partícula tiene una velocidad muy alta y su energía total E es mucho más grande que la masa de la masa MC 2, entonces

Recordemos el 1/2 elevado significa "Tomar-the-Square-Root". Si la partícula tiene una velocidad muy alta y su total eriggy E es mucho, mucho más grande que su MASTERY Energy MC2, entonces

Donde los puntos se parecen a que esta fórmula no es precisa, pero el buen enfoque de la E. Grande en otras palabras, la velocidad de partículas que se mueve casi a la velocidad de la luz difiere de la velocidad de la luz por la cantidad igual a la mitad del cuadrado de la Relación energética de la masa de la partícula a su energía total. Desde esta fórmula, se puede ver que si dos neutrinos tienen diferentes masas M 1 y M 2, pero la misma alta energía E, entonces sus velocidades difieren muy poco.

Veamos lo que significa. Todos los neutrinos medidos de las supernovas explotaron en 1987 en la tierra en un intervalo de 10 segundos. Supongamos que el neutrino electrónico fue emitido con una supernova con una energía de 10 MEV. ¡Este neutrino era una mezcla de neutrinos-1, neutrinos-2 y neutrinos-3, cada uno de los cuales se movía con una pequeña velocidad excelente! ¿Nos daríamos cuenta esto? Somos masas neutrinas desconocidas, pero asumirá que Neutrino-2 la masa de masa es de 0.01 EV, y la energía masiva neutrino-1 es de 0.001 EV. Luego, dos de sus velocidades, dado que sus energías son iguales, diferirán de la velocidad de la luz y, entre sí en menos de una parte de cien mil billones:

(El error de todas las ecuaciones no excede el 1%). Tal diferencia en la velocidad significa que las partes de Neutrino-2 y neutrinos-1 del neutrino electrónico inicial se beneficiarían en el terreno con una diferencia en el milisegundo, tal diferencia para una variedad de razones técnicas es imposible.

Y ahora, de interesante, vamos a cosas realmente extrañas.

Esta pequeña diferencia de velocidades causa una mezcla precisa de neutrino-1, neutrino-2 y neutrinos-3, que son neutrinos electrónicos, cambian gradualmente al conducir en el espacio. Esto significa que el neutrino electrónico, desde el cual comenzamos, a lo largo del tiempo, deja de ser y corresponder a una mezcla particular de neutrino-1, neutrinos-2 y neutrinos-3. Varias masas de neutrinos de tres tipos de masas convierten el neutrino de electrones iniciales durante el proceso de trasladarse a una mezcla de neutrinos de electrones, Muon Neutrino y Tau-Neutrino. El porcentaje de la mezcla depende de la diferencia en las velocidades, y, por lo tanto, en la energía del neutrino inicial, así como en la diferencia en las masas (más precisamente, de la diferencia en los cuadrados de las masas) neutrino.

Higo. 2.

Primero, el efecto aumenta. Pero lo que es interesante, como se muestra en la FIG. 2, este efecto no está creciendo constantemente. Crece, y luego disminuye nuevamente, y luego se vuelve a crecer, disminuye de nuevo, una y otra vez, durante el movimiento de neutrinos. Esto se llama oscilaciones de neutrina. Cómo se producen exactamente que ocurren, depende de las masas en neutrino y cómo mezclan los neutrinos de masa y los neutrinos débiles.

El efecto de oscilación se puede medir debido al hecho de que el neutrino electrónico cuando una colisión con el kernel (a saber, puede ser alimentado) puede convertirse en un electrón, pero no al muón y no a Tau, mientras que Muon eléctricamente puede convertirse en un Muon, pero no en electrones o tau. Entonces, si comenzamos con una viga de Muon Neutrino, y después de movernos a cierta distancia, algunos neutrinos chocaron con los núcleos y se convirtieron en electrones, significa que las oscilaciones ocurren en la viga, y los neutrinos de Muones se convierten en neutrinos electrónicos.

Un efecto muy importante complica y enriquece esta historia. Dado que la materia ordinaria consiste en electrones, pero no de los muones y TAU, los neutrinos electrónicos interactúan con él, no como Muon o Tau. Estas interacciones que ocurren a través de la interacción débil son extremadamente pequeñas. Pero si los neutrinos pasan por una gran cantidad de materia (digamos, a través de una parte tangible de la Tierra o el Sol), estos pequeños efectos podrán acumular y afectar fuertemente las oscilaciones. Afortunadamente, sabemos lo suficiente sobre la debilidad de la interacción nuclear para predecir estos efectos en detalle y calcular toda la cadena como un retroceso, desde mediciones en el experimento hasta que se aclaren las propiedades de neutrino.

Todo esto se hace utilizando la mecánica cuántica. Si no es intuitivo para ti, relájate; Para mí, esto tampoco es intuitivo. Recibí toda la intuición de las ecuaciones.

Resulta que una medición exhaustiva de las oscilaciones de neutrinos es la forma más rápida de estudiar las propiedades de Neutrino! Por este trabajo ya dado el Premio Nobel. Toda esta historia apareció a partir de la interacción clásica del experimento y la teoría que se extiende desde las décadas de 1960 hasta hoy. Menciono las medidas más importantes.

Para empezar, podemos aprender neutrinos electrónicos producidos en el centro del sol, en su caja de fuego nuclear bien estudiada. Estos neutrinos viajan por el sol y a través de un espacio vacío al suelo. Se encontró que cuando llegan al suelo, es probable que pertenezcan al tipo de Muon o Tau, así como al tipo de neutrino electrónico. Esto en sí mismo sirve como prueba de la oscilación de neutrinos, y la distribución exacta nos da información detallada sobre Neutrino.

También tenemos a Muon Neutrinos que ocurren durante la decadencia de las peonías que surgen en los rayos espaciales. Los rayos de espacio son partículas de alta energía que llegan desde el espacio y se encuentran núcleos atómicos encontrados en las capas atmosféricas superiores. En las partículas resultantes como resultado, se encuentran peonías a menudo, muchas de las cuales se descomponen en los neutrinos de Muones y los antimuones, o Muon Antineutrino y los muones. Algunos de estos neutrinos (y antineutrino) interferimos en nuestros detectores, y podemos medir qué parte de ellos pertenece al neutrino electrónico (y antineutrino), dependiendo de que el grosor de la tierra pasó antes de ingresar al detector. Esto nuevamente nos da información importante sobre el comportamiento de los neutrinos.

Estos neutrinos "solares" y "atmosféricos" nos enseñaron mucho sobre las propiedades de neutrinos en los últimos veinte años (y el primer indicio de algo interesante sucedió hace casi 50 años). Y estas fuentes naturales de energía se agregan a diversos estudios realizados utilizando rayos neutrinos, como los utilizados en el experimento de la ópera, así como con los neutrinos de los reactores nucleares ordinarios. Cada medición es en su mayoría consistente con la interpretación estándar de los neutrinos solares y atmosféricos, y permite mediciones más precisas de mezclas de tipos de masas y tipos y diferencias de neutrinos débiles en los cuadrados de las masas neutrinas de tipo masa.

Como se esperaba, existen pequeñas diferencias en las expectativas teóricas en experimentos, pero ninguno de ellos se confirmó, y la mayoría, si no todos, solo son posibilidades de estadísticas o problemas en el nivel experimental. Hasta ahora, no se ha confirmado ninguna contradicción con la comprensión de los neutrinos y su comportamiento en varios experimentos. Por otro lado, la imagen completa es bastante nueva y probada bastante mal, por lo que es bastante posible, aunque es poco probable que pueda existir interpretaciones completamente diferentes. Y, de hecho, ya se ofrecieron alternativas bastante serias. Por lo tanto, el refinamiento de los detalles de las propiedades de Neutrino es un área de investigación de desarrollo activa en el que, en su mayor parte, surge el consentimiento, pero algunos problemas aún permanecen abiertos, incluida la definición completa e irrevocable de masas neutrinas.

Partículas de cierta variedad dependiendo de la partícula de su propio tiempo.

La idea de las oscilaciones de neutrinas fue nominada por primera vez por el físico soviético-italiano B. M. Putkorvo en 1957.

La presencia de oscilaciones de neutrinos es importante para resolver el problema del neutrino solar.

Oscilando al vacío

Se supone que las suplementos se asume que tales transformaciones son una consecuencia de la presencia de las masas en neutrino o (para el caso de transformación neutrinosantineral) del cargo de LOPTON con altas energías.

Experimentos

La oscilación fue observada para:

neutrino solar (experimento de cloro-argón Davis, Gallium-Alemania experimenta Sage, Gallex / GNO, Kamiokande y Snower-Cherenkov Experiments), experimento de centelleo Borexino;
neutrinos atmosféricos (Kamiokande, IMB) que surge de la interacción de los rayos cósmicos con átomos atmosféricos de núcleos en la atmósfera;
reactor Antineutrino (Experimento de centelleo de Camfland, Daya Bay, Double Choz, Reno);
neutrinos acertelativos (Experimento K2K (inglés. Kek a Kamioka.) Observé una disminución en el número de neutrinos de Muon después de pasar 250 km en el grosor de la sustancia, el experimento de la ópera que se encuentra en 2010 la oscilación de los neutrinos de Muones en Tau-Neutrino, seguida del nacimiento de Tau-Leptons);

Oscilando con la conversión de los neutrinos de Muones, así como Antineutrino, en el electrónico se investiga actualmente en el experimento de miniboone, entregado en las condiciones del experimento LSND. Los resultados preliminares del experimento pueden indicar la diferencia en las oscilaciones de Neutrino y Antineutrino.

ver también

Escribe una revisión sobre el artículo "Oscilación de Neutrinas"

Notas

Literatura

S. M. Beelensky // ufn. - 2003. - T. 173. - P. 1171-1186. - DOI: 10.3367 / UFNR.0173.200311b.1171.
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G. Bellini, L. Ludhova, G. Ranucci, F.L. Villante Oscillas neutrinos (Esp.). - 2013. - Arxiv: 1310.7858.

Extracto caracterizando las oscilaciones de neutrinos.

Shechov sonrió.
- Eres mejor que no te preocupes. Te necesito, no lo preguntaré, lo tomaré.
- ¿Por qué, estoy tan ...
- Bueno, y yo también.
- Adiós.
- Estar sano…
... y alto, y lejano
En la parte posterior del lado ...
Los caballos tocaron el caballo, lo que tres veces, caliente, interrumpió sus pies, sin saber qué empezar, afrié y paseé, superando a la compañía y recuperando el cochecito, también en el rango de canciones.

Regresando de una revisión, Kutuzov, acompañado por el general austriaco, fue a su oficina y, al hacer clic en el ayudante, pidió que algunos trabajos presenten algunos documentos, pertenecían al estado de las fuerzas y las cartas recibidas de ersgertzog Ferdinand, que compraron el Ejército prolongado. El príncipe Andrei Bolkonsky con los papeles requeridos ingresó al gabinete del comandante. Antes de la planeada en la mesa, Kutuzov estaba sentado y un miembro austriaco de la corrugación.
"Y ..." dijo Kutuzov, mirando a Boomkoe, como si esta palabra invitara al ayudante a esperar, y continuó en francés comenzó una conversación.
"Simplemente digo uno, general", dijo Kutuzov con una agradable gracia de expresiones e entonación, obligada a escuchar a cada palabra tranquilamente dicho. Se vio que el propio Kutuzov estaba encantado de escucharse a sí mismo. - Solo estoy diciendo una cosa, el general de que si afectaría mi deseo personal, la voluntad del emperador de Su Majestad Franz habría sido cumplido durante mucho tiempo. Durante mucho tiempo me han unido Erzgertsy. Y cree que mi honor de que para mí transfiera personalmente a los superiores más altos del ejército más que a mí, y un general hábil, cualquiera que sea la Austria, y dobló toda esta seria responsabilidad por mí personalmente sería Ottaya. Pero las circunstancias son más fuertes que nosotros, general.
Y Kutuzov sonrió con tal expresión, como si él hubiera dicho: "Tienes el derecho de no creerme, e incluso no me importa si me crees o no, pero no tienes ninguna razón para decirme. Y este es todo el punto ".
El general austriaco tenía una especie infeliz, pero no podía responder a Kutuzov en el mismo tono.
- por el contrario, le dijo a un tono gruñido y enojado, tan controvertido para el valor de vuelo de las palabras pronunciadas, por el contrario, la participación de su excelencia en general es muy apreciada por su majestad; Pero creemos que la desaceleración actual priva a las gloriosas tropas rusas y su comandante en jefe de esos laureles que están acostumbrados a cosechar en batallas, terminó la frase aparentemente cocida.
Kutuzov se inclinó, sin cambiar sonrisas.
- Y estoy tan convencido y, basado en la última carta, que su alteza ertzgercog Ferdinand me honró, supongo que las tropas austriacas, bajo las autoridades de un asistente tan hábil, lo que una amapola general, ahora ganó una victoria decisiva y hago. No necesita más en nuestra ayuda, dijo Kutuzov.
El general frunció el ceño. Aunque no hubo noticias positivas sobre la derrota de los austriacos, sino que había demasiadas circunstancias que confirmaban los rumores en desventajosos generales; Y debido a que la suposición de Kutuzov sobre la victoria de los austriacos era bastante similar a la burla. Pero Kutuzov sonrió dócilmente, todo con la misma expresión que dijo que tenía derecho a asumirlo. De hecho, la última letra obtenida del ejército de Mac lo hizo sobre la victoria y la posición estratégica más ventajosa del Ejército.
"Dale aquí esta carta", dijo Kutuzov, girando al príncipe Andrei. - Aquí libero a ver. - Y Kutuzov, con una sonrisa burla en los extremos de los labios, lea el general austriaco alemán del siguiente lugar de la carta de Ertzgerzzog Ferdinand: "Wir Haben Vollkommen Zusammengehaltene Kraffte, Nahe A 70 000 Mann, Um Den Feind, Wenn Er Den Lech Passirte, Angreifen und Schlagen Zu Konnen. WIP KONNEN, DA WIRS MEISTER VON ULM AND, DEN VORMEIL, AUCH VON BEIDEN UFERIEN DE DONAU MEISTER ZU Bleiben, Nicht Verlieren; Mithin Auch Jeden Augenblick, Wenn Der Feind Den Lech Nicht Passirte, Die Donau Ubersetzen, Donau Ubersetzen, Dona Auf Seine Communikations Linie Werfen, Die Donau Unterhalb Repassiren und Dem Feinde, Wenn Er Sich Gangen Uneree Treue Allirte MIT GANZER MACHT WENDEN WILLTE, SEINE ABSICHT Alabald Vereitelien. Wir werden auf solche weise den zeitpunkt, wo die kaiserlich ruseische armee ausgerustet sein wird, Muthig Entgegenharren, und sodann leicht gemeinschaftlich die moglichkeit finden, DEM FEINDE DAS SCHICKSAL ZUZUBIREITEN, SO ER Verdiente ». [Tenemos fuerzas bastante enfocadas, alrededor de 70,000 personas, para que podamos atacar y romper al enemigo en caso de cruzarlo a través de Lech. Dado que ya estamos propiedad de Ulm, podemos mantener el beneficio de los comandados por ambas orillas del Danubio, serían cada minuto, si el enemigo no pasa a través de Lech, cruzando el Danubio, corrió a su línea de comunicación, a continuación. De vuelta al Danubio y el enemigo si vuela para atraer toda su fuerza en nuestros aliados fieles, no ejecute su intención. Por lo tanto, esperamos alegremente un momento en que el ejército ruso imperial producirá en absoluto, y luego juntos encontrará fácilmente la oportunidad de preparar el destino del enemigo, que merece ".]
Kutuzov suspiró mucho, se graduó de este período, y se veía atentamente y cariñosamente en el miembro del GofcrigSrat.
"Pero usted sabe que su Excelencia, una regla sabia, prescribiéndose para asumir lo peor", dijo el general austriaco, aparentemente con ganas de terminar los chistes y proceder con el caso.
Él involuntariamente miró al ayudante.
"Lo siento, general", lo interrumpió Kutuzov y también se dirigió al príncipe Andrei. - Eso es lo que es mi amable, llévese todos los informes de nuestros cobradores de Kozlovsky. Aquí hay dos cartas del conde de Nostitsa, aquí hay una carta de su alteza de la ertzgerce Ferdinand ", dijo, le da varios papeles. - Y de todo esto limpio, en francés, hace memorándum, notificación, por visibilidad de todas esas noticias que tenemos sobre las acciones del ejército austriaco. Bueno, entonces, e imagina su Excelencia.
El príncipe Andrei inclinó la cabeza como una señal de que entendió de las primeras palabras, no solo lo que se dijo, sino que también desean decirle a Kutuzov. Reunió papel, y, dando un arco común, pisando silenciosamente la alfombra, fue a la recepción.