Нитрины частицы: Различные типы нейтрино

Содержание

Различные типы нейтрино

Доказательство не тождественности
нейтрино и антинейтрино

    Сразу же
после открытия антинейтрино возник очевидный вопрос – тождественна ли открытая
частица нейтрино или нет. Поскольку нейтрино не имеет электрического заряда,
теоретически не было исключено, что оно по своим свойствам тождественно
антинейтрино, т. е. является истинно нейтральной частицей. Такое нейтрино
впервые было рассмотрено итальянским физиком
Э. Майорана и поэтому называлось «майорановским».
В противоположность этому типу, нейтрино, не являющееся истинно нейтральным,
было названо «дираковским».
    Для
выяснения этого вопроса Р. Дэвисом в 1955 г. был поставлен  
эксперимент по регистрации реакции:

n +
e
→ p + e− 
(1)

Если нейтрино
и антинейтрино являются тождественными частицами, то эта реакция должна
наблюдаться. Это следует из того, что имеют место реакция:

p +
e
→ n + e+ 
(2)

Обе реакции
((1) и (2)) при тождественности нейтрино и антинейтрино должны
иметь
одинаковые характерные для нейтрино (антинейтрино) сечения ≈ 10−43
см2.
     В качестве
источника антинейтрино снова использовались реакторные антинейтрино. Так как в
природе нет нейтронных мишеней, эксперимент можно было поставить на нейтронах,
входящих в состав атомного ядра. В 1946 г.
Б. Понтекорво
предложил
использовать для этой цели реакцию:

ν
+ 37Cl → e−
+ 37Ar  (3)

    Если процесс
(1) возможен, то под действием потока антинейтрино от реактора один из
нейтронов, входящих в состав ядра 37Cl, должен превращаться в протон,
что приводит к
образованию радиоактивного изотопа 37Ar с периодом полураспада 35.04
суток. Регистрируя радиоактивность изотопа, можно судить о возможности
протекания
реакции (1).
    Для
регистрации процесса (3) необходимо было использовать большую массу мишени, так
как в случае тождественности нейтрино и антинейтрино, сечение реакции (3) должно
мало. В качестве мишени использовалось около 4000 литров раствора
четыреххлористого углерода. Каждый сеанс облучения продолжался 2 месяца. Была
разработана специальная методика извлечения радиоактивного изотопа
37Ar из огромного объема мишени. Выделенный 37Ar помещался
затем в низкофоновый пропорциональный счетчик для регистрации его
радиоактивности. Реакция (3) не была зарегистрирована. Для величины измеренного
сечения реакции (1) была получена лишь верхняя оценка, равная:

σ(n
+
e
→ p + e− ) 
< 0.25·10-44 см2
<< 10-43 cм2

Данное
значения почти в 45 раз меньше ожидаемой величины сечения реакции, которую
ожидали получили, если бы нейтрино и антинейтрино были тождественными частицами.
    Таким
образом, эксперимент доказал, что нейтрино и антинейтрино являются разными
частицами. А.Р. Дэвис, продолжая свои эксперименты по детектированию нейтрино,
через 11 лет создал первый в мире детектор для солнечных нейтрино, используя для
детектирования ту же реакцию на аргоне.
    Другим более
точным методом проверки тождественности нейтрино и антинейтрино является
исследование реакций:

νe
+ N → e+ + X  (4)

νe
+ N → e− + X 
(5)

под действием
нейтрино, образующихся при распаде K+-мезонов:

K+ → νe+
e+ + X  (6)

    В формулах
(4, 5) N обозначает нуклоны – протоны или нейтроны, а X —
совокупность всех остальных частиц, образующихся в реакциях. Если нейтрино и
антинейтрино являются тождественными частицами, то при облучении нуклонов должно
образовываться примерно одинаковое количество электронов и позитронов.
   
События, вызванные реакциями (4) и (5) регистрировались с помощью пузырьковой
камеры. Пузырьковая камера представляет собой сосуд, заполненный прозрачной
перегретой жидкостью, принцип действия которой основан на вскипании перегретой
жидкости вдоль трека заряженной частицы.
   
Идентифицировались случаи реакции с электроном и позитроном в конечном
состоянии. Оказалось, что при облучении пузырьковой камеры пучком нейтрино
образуются только электроны. Позитроны не наблюдались. С помощью этого метода
было показано, что перекрытие состояний <ν>e|>e составляет меньше десятых долей процента.

   

Рис. 6
Диаграмма Фейнмана для двойного безнейтринного бета-распада

  
Наиболее точным методом, с помощью которого можно установить тождественность
нейтрино и антинейтрино является наблюдение безнейтринного двойного
бета-распада:

(A,Z) → (A,Z+2) + e+ + e−

    Нейтрино,
образовавшееся при бета-распаде одного из нейтронов ядра (A,Z) взаимодействует с
другим нейтроном образовавшегося ядра (A,Z+1). В результате такого процесса,
который возможен только в случае, если нейтрино и антинейтрино тождественны,
рождаются 2 электрона, а заряд ядра увеличивается на две единицы. Данный процесс
лежит за рамками Стандартной Модели.
   
Все попытки обнаружить безнейтринный двойной бета-распад пока окончились
безрезультатно, что дало ограничение на перекрытие состояний:

<νe>|e>
< 10-12.

      В настоящий момент готовится новый эксперимент — NEMO-3 (Neutrinoless Experiment with MOlybdenum) — по поиску
безнейтринного двойного бета-распада, о котором будет рассказано ниже, который
кроме того может дать ограничение на нижний порог массы электронного нейтрино.
    Подведем
итоги. Электронное нейтрино всегда в конечном состоянии появляется в паре с
позитроном, а электронное антинейтрино — в паре с электроном. При облучении
нуклонов в пучке нейтрино в конечном состоянии всегда наблюдаются электроны.
Если реакция происходит под действием антинейтрино, среди продуктов реакции
всегда присутствуют позитроны, и никогда не наблюдаются электроны.
    
Различие в свойствах нейтрино и антинейтрино можно описать, если ввести
квантовое число — электронный лептонный заряд Le, приписав электрону
и электронному нейтрино значение Le = +1, а их античастицам −
позитрону и электронному антинейтрино − Le = -1 и постулируя закон
сохранения лептонного заряда (числа). Это было сделано в 1955 г. Из закона
сохранения лептонного числа следует, какие реакции с участием нейтрино возможны,
а какие запрещены.

Мюонное нейтрино

    Мюонное
нейтрино было открыто в 1961 году в эксперименте на протонном синхротроне с
переменным градиентом AGS (Alternating Gradient
Synchrotron) в Брукхейвенской лаборатории, США. Это событие стало возможным
благодаря возможности получения пучков высокоэнергетичных нейтрино на
ускорителе.
    После
экспериментов Райнеса и Коэна по наблюдению антинейтрино, образующихся при
β-распаде, существование этой частицы сомнения не вызывало. Однако были
обнаружены нейтрино, образующиеся и в других процессах, и, в частности, при
распаде π-мезонов.

π± →
μ± + νμ(μ)

Поэтому возник
вопрос − тождественны ли нейтрино, образующееся при распаде π-мезонов, и
нейтрино, образующееся при β-распаде.
    Были и
другие проблемы, связанные с нейтрино. Был предсказан ряд процессов, которые в
действительности не происходили. Типичный пример таких ненаблюдаемых процессов —
так называемый радиационный распад мюона, т.е. испускание мюоном электрона и
фотона:

μ− → e− + γ

В течение
долгого времени физики безуспешно пытались обнаружить этот процесс. Что же
запрещает мюону превращаться в электрон и фотон?
    Для
объяснения этого факта можно ввести новый закон сохранения некого заряда.
Например, мы знаем, что нуклоны — протоны и нейтроны — никогда не распадаются
только на «легкие частицы». Это позволяет утверждать, что нуклон имеет так
называемый барионный заряд, а никакая комбинация легких частиц барионного заряда
не имеет.
    Сразу
возникает подозрение, что процессы типа распада мюона на электрон и фотон,
которые ожидались теоретически, но в действительности не происходят, запрещены
законом сохранения некоторого до сих пор неизвестного заряда, скажем, «мюонного»
заряда, характерного для мюона, но не для электрона. Здесь следует напомнить,
что фотон — истинно нейтральная частица и не имеет никаких зарядов.
    Однако имеется один процесс — распад мюона, в котором мюон и
электрон участвуют совместно. Такой процесс состоит в испускании мюоном
электрона совместно с двумя разными частицами ничтожно малой массы, о чем
свидетельствуют экспериментальные исследования формы спектра электронов в этом
процессе. На этом основании первоначально считали, что μ+ -распад
идет по схеме:

 μ+→ e+ +
ν +

    Но такая схема трудно совместима с предположением о
существовании мюонного заряда, запрещающего переход мюона в электрон и фотон.
Ведь пара, по определению частицы и античастицы, не имеет никаких зарядов, как и
фотон, так что в описанной схеме мюонный заряд, если он существует, не
сохраняется.

    Тогда можно предположить, что имеются два сорта пар
нейтрино-антинейтрино: «мюонные» и «электронные». При этом они отличаются друг
от друга тем, что у «мюонных» нейтрино νμ (но не у «электронных» νe)
имеется мюонный заряд. В этом случае распад мюона может происходить по схеме:

μ+→ e+ +
νe +
μ,

где происходит сохранение как мюонного, так и электронного заряда, поскольку
разница зарядов мюона и электрона, так сказать, компенсируется разницей зарядов
испускаемых нейтрино.
    Все приведенные выше аргументы заставили в 1957 г.
М. А. Маркова, а также
параллельно ему
Ю. Швингера и
К. Нишиджима высказать
предположение о существовании двух типов нейтрино. Существование двух типов
нейтрино означало бы, что нейтрино, участвующие в разных реакциях совместно с
электроном, отличаются от нейтрино, участвующих в реакциях совместно с мюоном.

   

Рис. 7. Наиболее вероятные
каналы распада пиона

    Схема опыта по доказательству тождественности
или не тождественности этих 2 типов нейтрино похожа на
доказательство различия нейтрино и антинейтрино. В качестве
источника мюонных нейтрино можно использовать реакцию распада пиона.
В данном процессе вероятность распада по мюонному каналу в 1000 раз
больше, чем по электронному (почему так происходит – будет объяснено
позже).
    В опытах Л. Ледермана,
М. Шварца и
Дж. Стейнбергера в 1962
году было показано, что нейтрино, образующиеся при распаде π-мезона,
не является электронным. Нейтрино, образующиеся при распаде
π-мезона, были названы мюонными нейтрино, т.к. они всегда образуются
совместно с мюоном.
    В результате взаимодействия пучка протонов с энергией 15 ГэВ
с бериллиевой мишенью в большом количестве образуются вторичные π+
и π—-мезоны. Детектирование π+ и π—-мезонов
осуществлялось с помощью черенковских счетчиков. Мюонные
нейтрино образовывались в результате последующего распада π+
и π—-мезонов:

π+
→ μ+
+ νμ,   
π− →
μ− + μ

    Схема этого эксперимента представлена на рисунке 8.


Рис. 8. Схема установки в эксперименте Л. Ледермана, М. Шварца и Дж.
Стейнбергера

    На пролетном расстоянии l = 20 м
между черенковским счетчиком и железной защитной стеной происходил распад
π-мезонов. Все частицы, кроме нейтрино, поглощались в защитной стене.
Интенсивность фона адронов при этом уменьшалась примерно на 20 порядков.
Взаимодействия с нейтронами и протонами регистрировались в детекторе, состоящем
из набора искровых камер, каждая из которых состояла из 9 алюминиевых пластин
размером ~110 см х 110 см и толщиной 2.5 см. Зазор между пластинами составлял ~1
см. Между искровыми камерами располагались
сцинтилляционные счетчики, регистрирующие появление заряженной частицы в
детекторе. При появлении в детекторе заряженной частицы подавался импульс
высокого напряжения на искровые камеры. Тип заряженной частицы (мюон или
электрон) определялся по характеру искрового пробоя в искровых камерах. Общая
масса нейтринного детектора составляла ~10 тонн.

μ + p
→ μ+
+ n       νμ
+ n → e−
+ p

 νμ
+ n → μ−
+ p(*)        νμ
+ p → e+ +
n(**)

    В результате этих экспериментов было показано, что при
взаимодействии нейтрино, образующихся при распаде π-мезонов, с протонами и
нейтронами, наблюдаются только мюоны (*), и не было обнаружено ни одного случая
образования электронов или позитронов (**). А если бы мюонные и электронные
нейтрино были тождественными частица, то реакции (*) и (**) происходили бы с
равной вероятностью.
    В 1988 г. Л. Ледерману, М. Шварцу,
Дж. Стейнбергеру была присуждена Нобелевская премия за изобретение метода
нейтринного пучка и демонстрацию дублетной структуры лептонов в результате
открытия мюонного нейтрино.


Рис. 9. М. Шварц, Дж. Стейнбергер, Л.М. Ледерман,

    В 1964-67 гг. в аналогичных опытах было установлено, что
 νμ при столкновении с ядрами рождает
μ− и не рождает μ+, т. е.
мюонные нейтрино и антинейтрино также не тождественны. Все это позволило ввести
ещё одно сохраняющееся лептонное число Lμ.

Тау-нейтрино

    До 1975 года было известно лишь 2 типа нейтрино: электронное и мюонное. А в 1975
году на коллайдере SPEAR (Stanford Positron Electron
Accelerating Ring) в лаборатории SLAC (Стэнфордского
центра линейного ускорителя) (США) группой под руководством Мартина Перла был
открыт τ-лептон. Это привело к введению 3-го лептонного квантового числа
Lτ. За данное открытие
Мартин Перл получил Нобелевскую премию в 1995 году.
   
Эксперименты, проведенные в 1989 году в Стэнфорде и в CERN, показали, что могут
существовать только три вида нейтрино, представляющих полный набор частиц этого
класса: электронное нейтрино, мюонное нейтрино и тау-нейтрино.
    Однако
соответствующее таону тау-нейтрино впервые наблюдалось лишь в 2000 г. в
лаборатории имени Ферми (США) на детекторе DONUT (Direct
Observation of the NU Tau). Такая временная задержка объясняется большими
энергиями сталкивающихся частиц, необходимых для образования данного типа
нейтрино. Эксперимент был начат в 1997 году усилиями ученых из США, Японии,
Кореи и Греции на крупнейшем ускорителе Tevatron.
    Для
получения тау-нейтрино пучок протонов направлялся на вольфрамовую мишень. Одним
из продуктов взаимодействия протонов с ядрами вольфрама являются тау-лептоны,
которые вскоре претерпевают распад с образованием тау-нейтрино. Для отсечения
всех «побочных» частиц, образующихся в мишени, в опыте использовалось магнитное
поле и защитный блок.  На рисунке изображена схема получения пучка
тау-нейтрино:


Рис. 10. Схема получения пучка
тау-нейтрино в эксперименте по обнаружению тау-нейтрино на детекторе DONUT

    Для
детектирования использовались реакции, аналогичные реакциям детектирования
других типов нейтрино:

τ + p →
τ+ + n,    ττ + n →
τ− + p

    Нейтринный
детектор DONUT  состоял из железных пластин, между которыми располагались
слои фотоэмульсии. В результате взаимодействия  с железом образовывались
тау-лептоны, которые оставляли в фотоэмульсии след ~ 1 мм.
    По словам
участника эксперимента Байрона Лундберга (Byron Lundberg), детектирование
тау-нейтрино можно сравнить поиском иголки в стоге сена: в общей сложности было
зарегистрировано шесть миллионов (6·106)
потенциальных взаимодействий частиц. Проанализировав сигналы от различных
элементов 15-метрового детектора, ученые отобрали лишь около тысячи
событий-претендентов. И только 4 из них были признаны подлинными свидетельствами
существования тау-нейтрино.


Рис. 11.  Принцип
детектирования тау-нейтрино в детекторе DONUT

         

Рис. 12 Общая схема детектора
DONUT

Лептонные числа нейтрино. 3 поколения нейтрино

    После
открытия тау-нейтрино можно с уверенностью утверждать, что нейтрино и
соответствующие им заряженные лептоны образуют (вместе с кварками) 3 поколения
фундаментальных фермионов.

   

    Каждому
поколению лептонов соответствует свое ненулевое лептонное квантовое число –
заряд: электронный, мюонный и таонный. Лептонный заряд частицы принят за (+1),
соответствующей ей античастицы – (-1).

        

 

Почему так тяжело изучать нейтрино и что эта частица расскажет об истории Вселенной

Елизавета
Приставка

Новостной редактор

Нейтрино является одной из самых распространенных частиц во Вселенной, при этом ее невероятно сложно обнаружить. Изучать нейтрино важно, потому что они содержат в себе информацию о явлениях и процессах, которые их порождают: это значит, что с помощью частицы можно узнать о происхождении Вселенной. Рассказываем обо всех тайнах, которые хранят в себе нейтрино.

Читайте «Хайтек» в

Что такое нейтрино?

Нейтрино — это сверхлегкие частицы, образующиеся в процессе ядерных реакций. Большинство из тех, что были обнаружены на Земле, исходят от Солнца, которое превращает водород в гелий. Но в 1930-х годах было предсказано, что Солнце должно также производить нейтрино другого типа посредством реакций с участием углерода, азота и кислорода — так называемые «нейтрино CNO». И лишь почти век спустя детектор Borexino впервые обнаружил эти частицы.

До недавнего времени было вообще непонятно, есть ли у нее масса. В последние годы стало ясно, что есть, но очень маленькая. Ее точное значение неизвестно по сию пору, а имеющиеся оценки в общем сводятся к тому, что нейтрино примерно на 10 порядков легче протона. Примерно так же соотносится вес кузнечика (около 1 грамма) с водоизмещением современного атомного авианосца George Bush (около 100 тыс. тонн).

Частица не имеет или почти не имеет электрического заряда — эксперименты пока не дали однозначного ответа, а из всех фундаментальных физических взаимодействий достоверно участвует только в слабом и гравитационном.

Нейтрино подразделяются на три поколения: электронные, мюонные и тау-нейтрино. Они обычно перечисляются именно в таком порядке, и это не случайно: так отображается последовательность их открытия. Кроме этого, есть еще антинейтрино — это античастицы трех разных типов, соответствующих «обычным». Нейтрино разных поколений могут самопроизвольно превращаться друг в друга. Ученые называют это нейтринными осцилляциями, за их открытие присудили Нобелевскую премию по физике 2015 года.

Нейтрино — результат ядерных (и термоядерных, мы далее не будем выделять их отдельно) реакций. Их, неуловимых, очень много. По подсчетам физиков-теоретиков, на каждый нуклон (то есть протон или нейтрон) во Вселенной приходится около 109 нейтрино. Тем не менее, мы совершенно его не замечаем: частицы проходят сквозь нас. 

Как ученые ищут нейтрино?

Современные детекторы регистрируют не сами нейтрино — это пока невозможно. Объектом регистрации оказываются результаты взаимодействия частицы с веществом, заполняющим детектор. Его выбирают так, чтобы с ним реагировали нейтрино определенных, интересующих разработчиков, энергий. Поскольку энергия нейтрино зависит от механизма их образования, можно считать, что детектор рассчитан на частицы определенного происхождения.

Как только стало понятно, что нейтрино хоть и сложно, но все же можно зарегистрировать, ученые начали пытаться уловить нейтрино внеземного происхождения. Самый очевидный их источник — Солнце. В нем постоянно происходят ядерные реакции, и можно подсчитать, что через каждый квадратный сантиметр земной поверхности проходит около 90 млрд солнечных нейтрино в секунду.

На тот момент самым эффективным методом ловли солнечных нейтрино был радиохимический метод. Суть его такова: солнечное нейтрино прилетает на Землю, взаимодействует с ядром; получается, скажем, ядро 37Ar и электрон (именно такая реакция была использована в эксперименте Рэймонда Дэйвиса, за который ему впоследствии дали Нобелевскую премию).

После этого, подсчитав количество атомов аргона, можно сказать, сколько нейтрино за время экспозиции взаимодействовало в объеме детектора. На практике, разумеется, все не так просто. Надо понимать, что требуется считать единичные атомы аргона в мишени весом в сотни тонн. Соотношение масс примерно такое же, как между массой муравья и массой Земли. Обнаружилось, что похищено ⅔ солнечных нейтрино (измеренный поток оказался в три раза меньше предсказанного).

Детектор Super-Kamiokande: огромный резервуар цилиндрической формы, помещенный под землю на глубине 1 км; изнутри весь покрыт фотоумножителями; заполняется дистиллированной водой

Общей особенностью всех современных нейтринных телескопов являются меры, направленные на экранирование аппаратуры от всех посторонних частиц. Нейтрино, хотя их в природе очень много, засекаются детекторами очень редко. Любой посторонний шум от космических или земных частиц наверняка их заглушит.

Поэтому стандартное размещение нейтринной обсерватории — в шахте или, в некоторых случаях, под водой, чтобы вышележащая толща блокировала ненужное излучение. Эта толща тоже тщательно подбирается — горные породы, например, должны быть как можно менее радиоактивными. Граниты нам не подойдут, глины тоже. Хорошее место для детектора — шахта в толще чистого известняка.

Еще одно важное требование — быть как можно дальше от атомных электростанций. Работающий ядерный реактор является очень мощным источником антинейтрино, которые в данном случае излишни.

Лучшее направление для работы нейтринной обсерватории — прием частиц, пришедших снизу, сквозь нашу планету. Для нейтрино она прозрачна, для всего остального — нет.

Современные детекторы определяют нейтринное событие по «разрушительному эффекту». Когда неуловимая частица все-таки взаимодействует с веществом детектора, она вызывает разрушение первоначального атомного ядра с образованием каких-то иных частиц. Их-то затем и обнаруживают в детекторе.

Чтобы вызвать такую реакцию, нейтрино должно иметь собственную энергию не ниже определенного, нужного для данного детектора, уровня. Поэтому современная техника всегда имеет ограничение снизу — регистрирует нейтрино, имеющие энергию выше определенного уровня. В таком порядке мы их и рассмотрим.

Зачем мы вообще изучаем нейтрино?

Нейтрино рассказывают нам чрезвычайно много о том, как Вселенная создается и удерживается от распада. Нет другого способа ответить на многие вопросы.


Натаниэль Боуден, ученый из Ливерморской Национальной лаборатории имени Лоуренса

Эксперты сравнили поиск этих частиц с работой археологов, восстанавливающих доисторические артефакты с целью понять, какой жизнь была тогда. Лучшее понимание нейтрино может раскрыть тайны других элементов астрономии и физики: от темной материи до расширения Вселенной.

Эксперимент COHERENT Окриджской национальной лаборатории состоял из пяти детекторов частиц, предназначенных для непосредственного наблюдения высокоспецифического взаимодействия между нейтрино и ядрами атомов.  В прошлом году эти ученые опубликовали исследование в Science о взаимодействии между двумя нейтрино, которое было выдвинуто в качестве гипотезы десятилетиями ранее, но никогда прежде не наблюдались.

Это не просто еще одна частица. Это попытка найти, причем сравнительно простым и относительно дешевым методом, — если сравнивать с Большим адронным коллайдером, например, — новую физику. Новая физика — это и понимание того, что такое темная материя: возможно, она окажется теми самыми стерильными нейтрино. И, что возможно, выход на новые технологии. Нельзя исключать, что новые нейтрино окажутся представителями неизвестного класса частиц, которые еще и взаимодействуют между собой каким-то иным способом. Если мы нападем на след этого нового взаимодействия, то не исключено, что мы научимся его использовать на практике: подобно тому, как открытие ядерного взаимодействия привело к появлению ядерных технологий. 


Григорий Рубцов, заместитель директора Института ядерных исследований.

Изучение испускаемых Землей нейтрино может помочь нам хотя бы понять, сколько в земном веществе радиоактивных элементов и где они в основном находятся. По части последнего существуют разные версии, начиная от того, что уран с торием — атрибут нижней части земной коры, и кончая тем, что источники радиации в ходе формирования планеты «утонули» к ее центру, и там существует нечто вроде ядерного реактора, причем периодически действующего.

Накопившиеся продукты распада, когда их становится достаточно много, останавливают цепную реакцию. Потом в раскаленной среде они потихоньку диффундируют наверх (они легче), освобождая место для новых порций делящегося материала, после чего процесс запускается снова. Если это так, то подобная цикличность могла бы помочь в объяснении перемен магнитной полярности Земли и, надо думать, во многом другом.

Интересен также вопрос о доле ядерных реакций в общем тепловыделении Земли. Напомним, что земные недра суммарно выдают порядка 47 ТВт тепла в год, но ученые до сих пор смутно представляют себе, какая часть этой энергии приходится на радиогенное тепло, а какая — на остаточное тепло, выделившееся когда-то при гравитационной дифференциации земного вещества.

Чем это интересно для обычного человека?

Технологии, которые разрабатываются для создания современных экспериментов по физике нейтрино, широко используются в промышленности уже сейчас, так что любое вложение в эту сферу окупается. Сейчас в мире ставятся несколько экспериментов, масштаб которых сравним с масштабом Большого адронного коллайдера.

Эти эксперименты направлены исключительно на исследование свойств нейтрино. В каком из них удастся открыть новую страницу в физике, неизвестно, но открыта она будет совершенно точно.

Как мы продвинулись в изучении нейтрино?

Накануне стало известно, что Японские ученые из Университета Цукубы и Токийского университета разработали космологическую модель, которая точно отражает роль нейтрино в эволюции Вселенной.

В результате выяснилось, что в областях, где много нейтрино, обычно присутствуют массивные скопления галактик. Еще один важный вывод: нейтрино подавляет кластеризацию темной материи и галактик, а также изменяет температуру в зависимости от собственной массы.

Также стало известно, что Borexino, огромный подземный детектор частиц в Италии, уловил невиданный ранее тип нейтрино, исходящий от Солнца. Эти нейтрино подтверждают гипотезу 90-летней давности и дополняют наше представление о циклах синтеза Солнца и других звезд. В 1930-х годах было предсказано, что Солнце должно также производить нейтрино другого типа посредством реакций с участием углерода, азота и кислорода — так называемые нейтрино CNO. И лишь почти век спустя детектор Borexino впервые обнаружил эти частицы.

Реакция CNO выделяет лишь крошечную часть от общего количества солнечной энергии, но у более массивных звезд она считается основной движущей силой термоядерного синтеза. Экспериментальное обнаружение нейтрино CNO означает, что ученые наконец получили связь между последними частями головоломки и могут расшифровать весь цикл солнечного термоядерного синтеза.

Подтверждение того, что CNO осуществляется в процессе термоядерной активности нашей звезды, где подобные реакции занимают не более 1%, укрепляет нашу уверенность в том, что мы точно понимаем, как работают звезды.  

Франк Калаприс, главный исследователь Borexinо

Детекторы нейтрино предназначены для отслеживания тех редких случаев, когда эти «призрачные частицы» случайно сталкиваются с другими атомами. Обычно в таких устройствах используются огромные объемы детекторной жидкости или газа, которые испускают вспышку света при «ударе» нейтрино. Подобные эксперименты обычно проводятся внутри камеры глубоко под землей, вдали от помех и воздействия других космических лучей.

Команда потратила годы, регулируя температуру инструмента, чтобы замедлить движение жидкости внутри детектора, и сосредоточилась на сигналах, исходящих из центральной области контейнера. В феврале 2020 года команда наконец-то уловила искомый сигнал и потратила почти год на его расшифровку и на то, чтобы удостовериться в отсутствии ошибок.

Эти данные могут не только улучшить наше понимание цикла слияния звезд, но и помочь ученым выяснить, насколько «металлическими» являются Солнце и другие звезды.

Читать также

Найдено предполагаемое царство исчезнувших хеттов. Что обнаружили археологи?

Ледник «Судного дня» оказался опаснее, чем думали ученые. Рассказываем главное

Открыт фермент, который обращает вспять старение клеток

Влияние частиц окружающего воздуха на продукцию оксида азота в клеточных линиях макрофагов

Сравнительное исследование

. 2004 г., июль; 20 (4): 221–39.

doi: 10.1023/b:cbto.0000038461.02222.95.

В Чаухан
1
 , Д. Брезнан, П. Гоеган, Д. Надо, С. Картикеян, Дж. Р. Брук, Р. Винсент

принадлежность

  • 1 Программа безопасной окружающей среды, Министерство здравоохранения Канады, Оттава, Онтарио, Канада.

  • PMID:

    15499970

  • DOI:

    10.1023/b:cbto.0000038461.02222.95

Сравнительное исследование

V Chauhan et al.

Клеточный Биол Токсикол.

2004 9 июля0003

. 2004 г., июль; 20 (4): 221–39.

doi: 10.1023/b:cbto.0000038461.02222.95.

Авторы

В Чаухан
1
 , Д. Брэзнан, П. Гоеган, Д. Надо, С. Картикеян, Дж.Р. Брук, Р. Винсент

принадлежность

  • 1 Программа безопасной окружающей среды, Министерство здравоохранения Канады, Оттава, Онтарио, Канада.

  • PMID:

    15499970

  • DOI:

    10.1023/b:cbto.0000038461.02222.95

Абстрактный

Мы оценили токсичность различных частиц in vitro на трех клеточных линиях мышиных макрофагов (J774A.1, WR19M.1, RAW264.7). На клетки воздействовали водными суспензиями (0-100 мкг/30 мм2 лунки) городских твердых частиц (SRM-1648, SRM-1649)., EHC-93), мелкие твердые частицы (PM2.5), диоксид титана (SRM-154b) и респирабельный кристобалит (SRM-1879) в течение 2 часов, а затем стимулировали липополисахаридом (LPS, 100 нг/мл) и рекомбинантным интерферон-гамма (ИФН, 100 ЕД/мл). После инкубации в течение ночи с частицами и LPS/IFN продукцию оксида азота оценивали по нитриту супернатанта культуры. Жизнеспособность клеток определяли, контролируя скорость восстановления AlamarBlue. Зависимость доза-эффект для нитрита и жизнеспособности была смоделирована как степенная функция (кратность изменения = [доза+1]бета), где бета представляет собой наклон кривой доза-реакция. Активность определяли как скорость изменения продукции нитрита с поправкой на жизнеспособность клеток (бета(ЭФФЕКТИВНОСТЬ) = бета(НИТРИТ) — бета(ЖИЗНЕСПОСОБНОСТЬ)). В целом городские частицы снижали выработку оксида азота (бета(ПОТЕНЦИЯ) <0), в то время как воздействие на клетки мелких твердых частиц или кристобалита увеличивало выработку оксида азота (бета(ПОТЕНЦИЯ) > 0). Диоксид титана (TiO2) практически неактивен (бета(ПОТЕНЦИЯ) примерно до 0). Снижение выработки оксида азота, наблюдаемое в клетках, подвергшихся воздействию городских частиц, прямо коррелировало со снижением экспрессии индуцируемого оксида азота (iNOS), что было определено вестерн-блоттингом. Результаты показывают, что частицы являются модуляторами продукции оксида азота в мышиных макрофагах и могут напрямую нарушать экспрессию iNOS во время сопутствующего воздействия патогенов. Пути, ведущие к повышенному производству NO, вызывающему повреждение клеток, и к уменьшению высвобождения NO, приводящему к более низкому бактериальному клиренсу, могут иметь отношение к влиянию окружающих частиц на здоровье.

Похожие статьи

  • Ингибирование продукции оксида азота вирусом коровьей оспы.

    Сильфоны С.Ф., Гарри Р.Ф., Джаффе Б.М.
    Беллоуз С.Ф. и соавт.
    J Surg Res. 2003 г. 1 мая; 111 (1): 127-35. doi: 10.1016/s0022-4804(03)00079-9.
    J Surg Res. 2003.

    PMID: 12842457

  • Респираторный взрыв альвеолярных макрофагов, подвергшихся воздействию городских частиц, не является предиктором цитотоксичности.

    Брезнан Д., Гоеган П., Чаухан В., Картикеян С., Кумаратхасан П., Чакмак С., Надо Д., Брук Дж. Р., Винсент Р.
    Брезнан Д. и соавт.
    Токсикол в пробирке. 2013 июнь; 27 (4): 1287-97. doi: 10.1016/j.tiv.2013.02.014. Epub 2013 1 марта.
    Токсикол в пробирке. 2013.

    PMID: 23466443

  • Сравнение экспрессии индуцибельного гена синтазы оксида азота и воспаления легких после интратрахеального введения крысам кремнезема, угля, карбонильного железа или диоксида титана.

    Блэкфорд Дж. А. младший, Джонс В., Дей Р. Д., Кастранова В.
    Блэкфорд Дж. А. Младший и др.
    J Toxicol Environ Health. 1997 27 июня; 51 (3): 203-18. дои: 10.1080/00984109708984022.
    J Toxicol Environ Health. 1997.

    PMID: 9183378

  • Влияние лидокаина на выработку оксида азота активированной клеточной линией мышиных макрофагов.

    Шига М., Нишина К. , Микава К., Обара Х.
    Шига М. и др.
    Анест Анальг. 2001 Январь; 92(1):128-33. doi: 10.1097/00000539-200101000-00025.
    Анест Анальг. 2001.

    PMID: 11133614

  • Реакция альвеолярных макрофагов мышей с индуцируемым нокаутом синтазы оксида азота или мышей дикого типа на воздействие липополисахарида или диоксида кремния in vitro.

    Zeidler PC, Roberts JR, Castranova V, Chen F, Butterworth L, Andrew ME, Robinson VA, Porter DW.
    Зейдлер П.С. и др.
    J Toxicol Environ Health A. 2003 Jun 13; 66 (11): 995-1013. дои: 10.1080/152873

    395.
    J Toxicol Environ Health A. 2003.

    PMID: 12775513

Посмотреть все похожие статьи

Цитируется

  • Изменения экспрессии генов, вызванные воздействием на макрофаги RAW 264. 7 твердых частиц загрязнения воздуха: роль эндотоксинов.

    Роман А., Коростынский М., Янковская-Кельтыка М., Пехота М., Хайто Ю., Налепа И.
    Роман А и др.
    Биомолекулы. 2022 10 августа; 12(8):1100. дои: 10.3390/биом12081100.
    Биомолекулы. 2022.

    PMID: 36008994
    Бесплатная статья ЧВК.

  • Метаболический ответ макрофагов RAW 264.7 на воздействие сырых твердых частиц и пониженное содержание органических веществ.

    Янковская-Кельтыка М., Роман А., Микрут М., Ковальская М., ван Элдик Р., Налепа И.
    Янковская-Кельтыка М. и соавт.
    Токсики. 2021 30 августа; 9 (9): 205. doi: 10.3390/toxics90

    .
    Токсики. 2021.

    PMID: 34564356
    Бесплатная статья ЧВК.

  • Разработка транспортеров глюкозы в мозге, серотонина, транспортера серотонина и экспрессии рецепторов окситоцина в ответ на гипокалорийную и гиперкалорическую диету в раннем возрасте и воздействие загрязнителей воздуха.

    Е Х, Шин Б.К., Бальдауф К., Гангули А., Гош С., Деваскар С.У.
    Ye X и др.
    Дев Нейроски. 2021;43(1):27-42. дои: 10.1159/000514709. Epub 2021 26 марта.
    Дев Нейроски. 2021.

    PMID: 33774619Бесплатная статья ЧВК.

  • Исследования биодоступности человека in vitro на основе эталонных материалов с использованием имитированных легочных жидкостей.

    Пелфрен А., Кейв М.Р., Рэгг Дж., Дуэ Ф.
    Пелфрен А. и др.
    Общественное здравоохранение Int J Environ Res. 2017 24 января; 14 (2): 112. doi: 10.3390/ijerph24020112.
    Общественное здравоохранение Int J Environ Res. 2017.

    PMID: 28125027
    Бесплатная статья ЧВК.

  • Оценка воспалительной активности и токсичности очищенных сточных вод с использованием клеток RAW264.7.

    Макене VW, Пул EJ.
    Макене В.В. и др.
    Water Environ J. 2015 Sep;29(3):353-359. дои: 10.1111/wej.12127. Epub 2015 9 июня.
    Водная среда Дж. 2015.

    PMID: 26

    5
    Бесплатная статья ЧВК.

Просмотреть все статьи «Цитируется по»

Типы публикаций

термины MeSH

вещества

Связь между уровнями нитратов + нитритов в конденсате выдыхаемого воздуха и воздействием крупных частиц из окружающей среды у субъектов с заболеваниями дыхательных путей

Сохранить цитату в файл

Формат:

Резюме (текст) PubMedPMIDAbstract (текст) CSV

Добавить в коллекции

  • Создать новую коллекцию
  • Добавить в существующую коллекцию

Назовите свою коллекцию:

Имя должно содержать менее 100 символов

Выберите коллекцию:

Не удалось загрузить вашу коллекцию из-за ошибки
Повторите попытку

Добавить в мою библиографию

  • Моя библиография

Не удалось загрузить делегатов из-за ошибки
Повторите попытку

Ваш сохраненный поиск

Название сохраненного поиска:

Условия поиска:

Тестовые условия поиска

Эл. адрес:

(изменить)

Который день?

Первое воскресеньеПервый понедельникПервый вторникПервая средаПервый четвергПервая пятницаПервая субботаПервый деньПервый будний день

Который день?

воскресеньепонедельниквторниксредачетвергпятницасуббота

Формат отчета:

SummarySummary (text)AbstractAbstract (text)PubMed

Отправить максимум:

1 шт. 5 шт. 10 шт. 20 шт. 50 шт. 100 шт. 200 шт.

Отправить, даже если нет новых результатов

Необязательный текст в электронном письме:

Создайте файл для внешнего программного обеспечения для управления цитированием

Полнотекстовые ссылки

HighWire

Полнотекстовые ссылки

. 2012 сен; 69 (9): 663-9.

doi: 10.1136/oemed-2011-100255.

Epub 2012 5 июля.

Сара Мэнни
1
 , К. М. Меддингс, Р. М. Харрисон, А. Х. Мансур, А. Каракацани, А. Аналитис, Клеа Кацуянни, Д. Перифану, И. Г. Кавурас, Н. Котронару, Дж. Дж. де Хартог, Дж. Пекканен, К. Хамери, Гарри тен Бринк, Джерард Хук, Джон Г. Эйрес

Принадлежности

принадлежность

  • 1 Департамент респираторной медицины, Birmingham Heart of England NHS Trust, Бирмингем, Великобритания.

  • PMID:

    22767867

  • DOI:

    10.1136/oemed-2011-100255

Сара Мэнни и др.

Оккупируйте Окружающая среда Мед.

2012 Сентябрь

. 2012 сен; 69 (9): 663-9.

doi: 10.1136/oemed-2011-100255.

Epub 2012 5 июля.

Авторы

Сара Мэнни
1
 , К. М. Меддингс, Р. М. Харрисон, А. Х. Мансур, А. Каракацани, А. Аналитис, Клеа Кацуянни, Д. Перифану, И. Г. Кавурас, Н. Котронару, Дж. Дж. де Хартог, Дж. Пекканен, К. Хамери, Гарри тен Бринк, Джерард Хук, Джон Г. Эйрес

принадлежность

  • 1 Департамент респираторной медицины, Birmingham Heart of England NHS Trust, Бирмингем, Великобритания.

  • PMID:

    22767867

  • DOI:

    10. 1136/oemed-2011-100255

Абстрактный


Цели:

Исследования индивидуальных воспалительных реакций на воздействие загрязнения воздуха немногочисленны, но важны для определения наиболее чувствительных маркеров для лучшего понимания патофизиологических путей в легких. Цель этого исследования состояла в том, чтобы оценить, связано ли воздействие переносимых по воздуху частиц с окислительным стрессом в эпидемиологических условиях.


Методы:

Авторы оценили воздействие загрязнения воздуха твердыми частицами в четырех европейских городах по отношению к уровням нитритов и нитратов (NOx) в конденсате выдыхаемого воздуха (КВВ) у 133 пациентов с астмой или хронической обструктивной болезнью легких с использованием метода захвата КВВ, разработанного для полевых исследований. использовать. У каждого субъекта было собрано по три измерения. Измерения воздействия включали частицы размером менее 10 мкм (PM(10)), менее 2,5 мкм (PM(2,5)) и подсчет количества частиц в центральном месте, на открытом воздухе рядом с домом субъекта и в помещении.


Полученные результаты:

Имелась положительная и значимая взаимосвязь между EBC NOx и крупными частицами в центральных точках отбора проб (увеличение на 20,4% (95% ДИ от 6,1% до 36,6%) на 10 мкг/м(3) увеличения количества крупных частиц в предыдущий день), но а не между EBC NOx и другими показателями частиц. Ассоциации, как правило, были сильнее у субъектов, не принимавших стероидные препараты.


Выводы:

Была обнаружена связь между воздействием крупных частиц окружающей среды на центральные участки и EBC NOx, маркером окислительного стресса. Отсутствие связи между измерениями PM, более показательными для личного воздействия (особенно в помещении), означает, что интерпретация должна быть осторожной. Тем не менее, EBC NOx может оказаться маркером окислительного стресса, вызванного ТЧ, в эпидемиологических исследованиях.

Похожие статьи

  • Базовое исследование лондонской зоны с низким уровнем выбросов.

    Келли Ф., Армстронг Б., Аткинсон Р., Андерсон Х.Р., Баррат Б., Биверс С., Кук Д., Грин Д., Дервент Д., Мадуэй И., Уилкинсон П.; Комитет по обзору состояния здоровья вуза.
    Келли Ф. и др.
    Res Rep Health Eff Inst. 2011 ноябрь;(163):3-79.
    Res Rep Health Eff Inst. 2011.

    PMID: 22315924

  • Влияние длительного воздействия загрязнения воздуха, связанного с дорожным движением, на смертность от респираторных заболеваний и сердечно-сосудистых заболеваний в Нидерландах: исследование NLCS-AIR.

    Брунекриф Б., Билен Р. , Хук Г., Схоутен Л., Бауш-Гольдбом С., Фишер П., Армстронг Б., Хьюз Э., Джерретт М., ван ден Брандт П.
    Брунекриф Б. и соавт.
    Res Rep Health Eff Inst. 2009 март;(139):5-71; обсуждение 73-89.
    Res Rep Health Eff Inst. 2009.

    PMID: 19554969

  • Реакция кардиореспираторных биомаркеров у здоровых молодых людей на резкие изменения качества воздуха в связи с Олимпийскими играми 2008 года в Пекине.

    Zhang J, Zhu T, Kipen H, Wang G, Huang W, Rich D, Zhu P, Wang Y, Lu SE, Ohman-Strickland P, Diehl S, Hu M, Tong J, Gong J, Thomas D; Комитет по обзору состояния здоровья вуза.
    Чжан Дж. и др.
    Res Rep Health Eff Inst. 2013 февраль;(174):5-174.
    Res Rep Health Eff Inst. 2013.

    PMID: 23646463
    Бесплатная статья ЧВК.

  • Функция легких и показатели воздействия твердых частиц в помещении и на открытом воздухе у пациентов с астмой и ХОБЛ.

    де Хартог Дж.Дж., Айрес Дж.Г., Каракацани А., Аналитис А., Бринк Х.Т., Хамери К., Харрисон Р., Кацуянни К., Котронару А., Кавурас И., Меддингс С., Пекканен Дж., Хук Г.
    де Хартог Дж. Дж. и соавт.
    Оккупируйте Окружающая среда Мед. 2010 Январь; 67(1):2-10. doi: 10.1136/oem.2008.040857. Epub 2009 6 сентября.
    Оккупируйте Окружающая среда Мед. 2010.

    PMID: 19736175

  • Твердые частицы в воздухе и здоровье человека: токсикологическая оценка и значение размера и состава частиц для окислительного повреждения и механизмов канцерогенеза.

    Валаванидис А., Фиотакис К., Влахогианни Т.
    Валаванидис А. и др.
    J Environ Sci Health C Environ Carcinog Ecotoxicol Rev. 2008 Oct-Dec; 26(4):339-62. дои: 10.1080/10590500802494538.
    J Environ Sci Health C Environ Carcinog Ecotoxicol Rev. 2008.

    PMID: 1

    92

    Обзор.

Посмотреть все похожие статьи

Цитируется

  • Изучение взаимосвязи между твердыми частицами и воспалительными биомаркерами конденсата выдыхаемого воздуха и крови у здоровых молодых людей.

    Сейфи М., Расткари Н., Хассанванд М.С., Наддафи К., Набизаде Р., Назмара С., Кашани Х., Заре А., Пурпак З., Хашеми С.Ю., Юнесян М.
    Сейфи М. и др.
    Научный представитель 2021 г. 21 июня; 11 (1): 12922. doi: 10.1038/s41598-021-92333-6.
    Научный представитель 2021.

    PMID: 34155256
    Бесплатная статья ЧВК.

  • Воздействие ультрадисперсных частиц на здоровье: систематический обзор литературы, обновление эпидемиологических данных.

    Олвайн С., Каппелер Р., Кутлар Джосс М., Кюнцли Н., Хоффманн Б.
    Олвейн С. и соавт.
    Int J Общественное здравоохранение. 2019 май; 64(4):547-559. doi: 10.1007/s00038-019-01202-7. Epub 2019 21 февраля.
    Int J Общественное здравоохранение. 2019.

    PMID: 307

  • Воздействие кратковременного загрязнения воздуха, связанного с дорожным движением, на метаболом — результаты двух экспериментальных исследований, охватывающих весь метаболом.

    ван Вельдховен К., Кисс А., Кески-Рахконен П., Робинот Н., Скальберт А., Куллинан П., Чанг К.Ф., Коллинз П., Синхарай Р., Барратт Б.М., Ньювенхейсен М., Родореда А.А., Карраско-Туригас Г., Фландерен Дж., Вермюлен Р., Портенген Л., Киртопулос С.А., Понци Э., Шадо-Хьям М., Винейс П.
    ван Вельдховен К. и др.
    Окружающая среда Интерн. 2019Фев; 123: 124-131. doi: 10.1016/j.envint.2018.11.034. Epub 2018 3 декабря.
    Окружающая среда Интерн. 2019.

    PMID: 30522001
    Бесплатная статья ЧВК.

  • Вспышки пыли в пустыне и респираторные заболевания в Афинах, Греция.

    Трианти С.М., Самоли Э., Родопулу С., Кацуянни К., Папирис С.А., Каракацани А.
    Трианти С.М. и др.
    Здоровье окружающей среды. 2017 1 июля; 16 (1): 72. doi: 10.1186/s12940-017-0281-x.
    Здоровье окружающей среды. 2017.

    PMID: 28666479Бесплатная статья ЧВК.

  • Влияние загрязнения воздуха и температуры на ХОБЛ.