Содержание
Все о нейтрино. Новые исследования точнее данных 2014-го года в два раза
Коллаборация Daya Bay, в которую входят российские ученые из Объединенного института ядерных исследований, объявила о новых очень точных результатах исследования нейтрино, пишет «Наука и жизнь».
Предыдущие результаты измерения параметров нейтрино в эксперименте Daya Bay, опубликованные в начале 2014 года, были наиболее точными в мире. Новые результаты, использующие данные за 217 дней при шести активных детекторах и за 404 дня (с октября 2012 по ноябрь 2013 года) при всех восьми работающих детекторах, обладают, по крайней мере, в два раза лучшей точностью. Они опубликованы в Physical Review Letters.
Нейтрино известны своим слабым взаимодействием с веществом. Они могут пройти сквозь Солнце или Землю, не вступив во взаимодействие ни с одним атомом вещества. Более того, они так могут пройти через миллиард солнц. С одной стороны это затрудняет их регистрацию, а с другой – делает источником важнейшей информации об эволюции вселенной и процессах происходящих внутри звезд.
Физики полагают, что нейтрино могут играть ключевую роль в объяснении асимметрии материи и антиматерии во Вселенной. Эта асимметрия заключается в том, что после Большого Взрыва не произошло полной взаимной аннигиляции материи и антиматерии, а часть материи все же осталась и сформировала Вселенную такой, какой мы видим ее сегодня.
В эксперименте Daya Bay изучаются нейтринные осцилляции – изменение типа нейтрино по мере их движения от источника до детектора. Эти исследования позволяют определить два ключевых параметра нейтринной физики — «угол смешивания нейтрино» и «разность квадратов нейтринных масс».
В настоящее время известно о трех типах нейтрино, каждый из которых всегда рождается вместе с соответствующим лептоном – электроном, мюоном или тау-лептоном. В соответствие с этим, каждому нейтрино приписывается свое квантовое число – аромат (или «флэйвор»). Первые эксперименты указывали на то, что тип (аромат) нейтрино сохраняется. Но по мере проведения новых экспериментов появились сомнения в этом.
Некоторые эксперименты регистрировали меньшее число нейтрино, чем ожидали согласно теоретическим вычислениям. Первым таким фактом был дефицит числа электронных нейтрино, летящих от Солнца, который был обнаружен еще в 1970-х годах.
Для объяснения этого было выдвинуто пара десятков предположений, из которых победила гипотеза так называемых нейтринных осцилляций. В ней предполагалось, что электронные нейтрино на пути от Солнца превращались в другие типы нейтрино. Интересно, что идею нейтринных осцилляций высказал в свое время академик Бруно Понтекорво, работавший в ОИЯИ. Серьезно об осцилляциях нейтрино заговорили во второй половине 1990-х годов.
В соответствии с этой гипотезой, в пучке, состоящем изначально только из электронных нейтрино, по мере распространения появляется примесь мюонных и тау-нейтрино с одновременным уменьшением доли электронных. Вероятность появления этой примеси зависит периодическим образом от расстояния между источником и детектором.
По современным представлениям причина этого в том, что электронное, мюонное и тау-нейтрино являются квантовой смесью трех состояний, каждое из которых входит со своей долей.
Эти доли удобно выражать математически через углы смешивания. Можно сказать, что электронное, мюонное и тау-нейтрино состоят из трех волн, каждая из которых колеблется со своей частотой и амплитудой. Поэтому, если в начальный момент времени сумма этих волн выглядела как электронное нейтрино, то через некоторое время эти волны сложатся так, что появляется примесь мюонного и тау-нейтрино, что и измеряют экспериментаторы как дефицит в числе электронных нейтрино.
Именно в эксперименте Daya Bay был в 2012 измерен последний из трех углов смешивания, что выдвинуло его на ведущие роли в мире. После этого лаборатория перешла к реализации следующего этапа эксперимента, ведь вопросы в нейтринной физике еще есть, например, проблема иерархии масс нейтрино (состояний). Очень интересными являются поиски «стерильного» нейтрино — гипотетической частицы, которая может смешиваться с тремя известными типами нейтрино. Если они будут обнаружены, ученым придется пересмотреть трех-нейтринную модель осцилляций, а также Стандартную модель, которая в настоящее время описывает взаимодействия элементарных частиц.
Для этого необходимо значительно повысить точность измерением. Сейчас сделан первый шаг на этом пути. К концу 2017 года в распоряжении коллаборации будет, по крайней мере, в четыре раза больше данных, которые позволят еще больше улучшить точность измерений. Окончательные результаты ожидаются к 2023-25 году.
Эксперимент проводится в Китае в районе под названием Дая Бэй, расположенном на расстоянии 55 километров на северо-востоке от Гонконга. Здесь поблизости расположены три ядерных реакторных комплекса – Daya Bay, Ling Ao и Ling Ao 2 (шесть реакторов), непрерывно обеспечивающих поток электронных антинейтрино, рождающихся в ядерных реакциях. Это позволяет не строить специальный источник нейтрино. Для исследования нейтрино используются восемь детекторов, погруженных в три больших подземных бассейна с водой и находящихся на разных расстояниях от этих реакторов. Коллаборация Daya Bay состоит из более двухсот ученых из семи стран, в том числе и России.
Нейтрино | Атомная энергия 2.
0
Нейтри́но — нейтральная фундаментальная частица с полуцелым спином, участвующая только в слабом и гравитационном взаимодействиях, и относящаяся к классу лептонов. Нейтрино малой энергии чрезвычайно слабо взаимодействуют с веществом: так, нейтрино с энергией порядка 3—10 МэВ имеют в воде длину свободного пробега порядка 1018 м (около 100 св. лет). Также известно, что каждую секунду через площадку на Земле в 1 см² проходит около 6·1010 нейтрино, испущенных Солнцем. Однако никакого воздействия, например, на тело человека они не оказывают. В то же время нейтрино высоких энергий успешно обнаруживаются по их взаимодействию с мишенями.
- Все материалы (335)
- Новости (293)
- Видео (18)
- Интервью (12)
- СМИ (9)
- Комментарии экспертов (2)
- Фото (1)
Эксперимент MicroBooNE пока не наблюдает лёгких стерильных нейтрино — 8 ноября 2022
Физики не нашли следов квантовой гравитации по ароматам нейтрино
— 31 октября 2022
«Электрохимический завод» произвел новую партию изотопа цирконий-96 — 25 октября 2022
Мюонная лаборатория НЕВОД отмечает 60-летний юбилей — 18 октября 2022
Представители ОИЯИ и Китая обсудили перспективы сотрудничества — 18 октября 2022
Ученые зафиксировали космическую вспышку рекордной энергии
— 18 октября 2022
Молодые ученые ОИЯИ стали лауреатами премии губернатора Московской области — 14 октября 2022
Росатом поставил уникальные образцы изотопа циркония Zr-96 в Объединенный институт ядерных исследований — 12 сентября 2022
Десятилетняя работа по поиску стерильного нейтрино была признана лучшей на конкурсе НИЦ «Курчатовский институт» — ПИЯФ — 1 сентября 2022
В ОИЯИ отметили годовщину со дня рождения Бруно Понтекорво — 23 августа 2022
Телеканал “Наука” снял фильм о нейтринных детекторах Калининской АЭС — 1 августа 2022
На Байкале завершилась 22-я летняя школа по физике элементарных частиц и астрофизике — 1 августа 2022
ОИЯИ принял участие в научно-популяризаторском фестивале «GЕЕК PICNIC» — 1 августа 2022
В Сарове завершила работу XIV Международная школа по физике нейтрино и астрофизике — 26 июля 2022
Астрономы предложили запустить спутник с детектором нейтрино на орбиту вокруг Солнца — 21 июля 2022
В Сарове стартовала 14-я Международная школа по физике нейтрино и астрофизике — 19 июля 2022
В ОИЯИ стартовала Международная конференция по квантовой теории поля, физике высоких энергий и космологии.
— 19 июля 2022
Учёные открыли новую космическую «фабрику нейтрино» — 18 июля 2022
Исполнилось 20 лет как группа ОИЯИ присоединилась к поиску тау-нейтрино в рамках международного проекта OPERA — 13 июля 2022
Запушен эксперимент LEGEND в нейтринной лаборатории Гран-Сассо — 4 июля 2022
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- …
- 15
- →
Валерий Рубаков, академик РАН: «Перспективы физики частиц и «висячие концы» Стандартной модели»
«Мировая научная держава»: как в России развивается фундаментальная наука международного уровня
Валерий Рубаков, главный научный сотрудник ИЯИ РАН: «О том, что из космоса к нам прилетают нейтрино очень высоких энергий, было известно уже давно, но связать их с ядрами галактик – блазарами – удалось впервые»
нейтрино | физика | Britannica
- Ключевые люди:
- Вольфганг Паули
Кадзита Такааки
Артур Б.
Макдональд
Бруно Понтекорво
Мелвин Шварц
Макдональд- Похожие темы:
- проблема солнечных нейтрино
мюонное нейтрино
тау-нейтрино
электронное нейтрино
антинейтрино
Просмотреть весь связанный контент →
Резюме
Прочтите краткий обзор этой темы
Знать о свойствах и способах обнаружения нейтрино
Посмотреть все видео к этой статье
нейтрино элементарная субатомная частица без электрического заряда, очень малой массы и 1 / 2 единиц спина. Нейтрино принадлежат к семейству частиц, называемых лептонами, на которые не действует сильное взаимодействие. Скорее нейтрино подвержены слабому взаимодействию, лежащему в основе некоторых процессов радиоактивного распада. Существует три типа нейтрино, каждый из которых связан с заряженным лептоном, т. е. электрон, мюон и тау, и поэтому им присвоены соответствующие названия электрон-нейтрино, мюон-нейтрино и тау-нейтрино. Каждый тип нейтрино также имеет компонент антивещества, называемый антинейтрино; срок нейтрино иногда используется в общем смысле для обозначения как нейтрино, так и его античастицы.
Основные свойства электрона-нейтрино — отсутствие электрического заряда и малая масса — были предсказаны в 1930 году австрийским физиком Вольфгангом Паули для объяснения очевидной потери энергии в процессе радиоактивного бета-распада. Физик итальянского происхождения Энрико Ферми развил (1934 г.) теорию бета-распада и дал название «частице-призраку». Электрон-нейтрино испускается вместе с позитроном в положительном бета-распаде, а электрон-антинейтрино излучается вместе с электроном в отрицательном бета-распаде.
Тест «Британника»
Физика и законы природы
Какая сила замедляет движение? Каждому действию есть равное и противоположное что? В этом викторине по физике нет ничего, что E = mc было бы квадратным.
Несмотря на такие предсказания, нейтрино не обнаруживались экспериментально в течение 20 лет из-за слабости их взаимодействия с веществом. Поскольку нейтрино не заряжены электрически, они не испытывают электромагнитных сил и, следовательно, не вызывают ионизации вещества.
Кроме того, они реагируют с веществом только через очень слабое взаимодействие слабого взаимодействия. Таким образом, нейтрино являются наиболее проникающими субатомными частицами, способными проходить через огромное количество атомов, не вызывая никакой реакции. Только 1 из 10 миллиардов этих частиц, преодолевая сквозь вещество расстояние, равное диаметру Земли, вступает в реакцию с протоном или нейтроном. Наконец, в 1956 группа американских физиков под руководством Фредерика Рейнса сообщила об открытии электронного антинейтрино. В их экспериментах антинейтрино, испускаемые в ядерном реакторе, реагировали с протонами с образованием нейтронов и позитронов. Уникальные (и редкие) энергетические сигнатуры этих последних побочных продуктов предоставили доказательства существования электронного антинейтрино.
Открытие второго типа заряженных лептонов, мюона, стало отправной точкой для окончательной идентификации второго типа нейтрино, мюонных нейтрино. Идентификация мюонных нейтрино в отличие от электронных нейтрино была осуществлена в 1962 по результатам эксперимента на ускорителе частиц.
Мюонные нейтрино высоких энергий производились при распаде пи-мезонов и направлялись на детектор для изучения их реакций с веществом. Хотя они так же неактивны, как и другие нейтрино, было обнаружено, что мюонные нейтрино производят мюоны, но никогда не производят электроны в тех редких случаях, когда они реагируют с протонами или нейтронами. Американские физики Леон Ледерман, Мелвин Шварц и Джек Стейнбергер получили Нобелевскую премию по физике 1988 года за установление идентичности мюонных нейтрино.
В середине 1970-х физики открыли еще одну разновидность заряженных лептонов — тау. С этим третьим заряженным лептоном также связаны тау-нейтрино и тау-антинейтрино. В 2000 году физики Национальной ускорительной лаборатории имени Ферми сообщили о первых экспериментальных доказательствах существования тау-нейтрино.
Все типы нейтрино имеют массы, намного меньшие, чем у их заряженных партнеров. Например, опыты показывают, что масса электронного нейтрино должна быть меньше 0,002% массы электрона и что сумма масс трех типов нейтрино должна быть меньше 0,48 электрон-вольта.
В течение многих лет казалось, что массы нейтрино могут быть точно равны нулю, хотя не было убедительной теоретической причины, почему это должно быть так. Затем в 2002 году Нейтринная обсерватория Садбери (SNO) в Онтарио, Канада, обнаружила первое прямое свидетельство того, что электрон-нейтрино, испускаемые ядерными реакциями в ядре Солнца, меняют тип по мере прохождения через Солнце. Такие «осцилляции» нейтрино возможны только в том случае, если один или несколько типов нейтрино обладают малой массой. Исследования нейтрино, образующихся при взаимодействии космических лучей в атмосфере Земли, также указывают на то, что нейтрино имеют массу, но необходимы дальнейшие эксперименты, чтобы понять точные массы.
Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подписаться сейчас
Эта статья была недавно пересмотрена и обновлена Эриком Грегерсеном.
Что такое нейтрино? | Живая наука
Нейтрино — это субатомные частицы, которые мчатся по космосу почти со скоростью света.
(Изображение предоставлено Shutterstock)
Нейтрино — неуловимые субатомные частицы, возникающие в самых разных ядерных процессах. Их название, означающее «маленький нейтральный», связано с тем, что они не несут электрического заряда. Из четырех фундаментальных сил во Вселенной нейтрино взаимодействуют только с двумя — гравитацией и слабым взаимодействием, ответственным за радиоактивный распад атомов. Почти не имея массы, они мчатся по космосу почти со скоростью света.
Бесчисленные нейтрино возникли за доли секунды после Большого Взрыва. А новые нейтрино создаются постоянно: в ядерных сердцах звезд, в ускорителях частиц и атомных реакторах на Земле, при взрывном коллапсе сверхновых и при распаде радиоактивных элементов. Это означает, что нейтрино в среднем в 1 миллиард раз больше, чем протонов во Вселенной, по словам физика Карстена Хигера из Йельского университета в Нью-Хейвене, штат Коннектикут.
Несмотря на их повсеместное распространение, нейтрино в значительной степени остаются загадкой для физиков, потому что частицы очень трудно поймать.
Нейтрино проходят через большую часть материи, как если бы они были световыми лучами, проходящими через прозрачное окно, почти не взаимодействуя со всем остальным существующим. Приблизительно 100 миллиардов нейтрино проходят через каждый квадратный сантиметр вашего тела в этот момент, хотя вы ничего не почувствуете. [18 величайших неразгаданных тайн физики]
Открытие невидимых частиц
Нейтрино впервые были предложены как ответ на научную загадку. В конце 19 века исследователи ломали голову над явлением, известным как бета-распад, при котором ядро внутри атома спонтанно испускает электрон. Бета-распад, казалось, нарушал два основных физических закона: сохранение энергии и сохранение импульса. При бета-распаде конечная конфигурация частиц, казалось, имела слишком мало энергии, и протон стоял на месте, а не отталкивался в направлении, противоположном направлению движения электрона. Не было до 1930, физик Вольфганг Паули выдвинул идею о том, что из ядра может вылетать дополнительная частица, неся с собой недостающую энергию и импульс.
«Я совершил ужасную вещь. Я постулировал частицу, которую невозможно обнаружить», — сказал Паули другу, имея в виду тот факт, что его гипотетическое нейтрино было настолько призрачным, что почти ни с чем не взаимодействовало и почти ничего не могло изменить. нет массы.
Более четверти века спустя физики Клайд Коуэн и Фредерик Рейнс построили детектор нейтрино и поместили его снаружи ядерного реактора на атомной электростанции Саванна-Ривер в Южной Каролине. В ходе их эксперимента удалось поймать несколько из сотен триллионов нейтрино, вылетевших из реактора, и Коуэн и Рейнс с гордостью отправили Паули телеграмму, чтобы сообщить ему о своем подтверждении. Рейнс получил Нобелевскую премию по физике в 1919 г.95 — к этому времени Коуэн умер.
Но с тех пор нейтрино постоянно бросали вызов ожиданиям ученых.
Солнце производит колоссальное количество нейтрино, бомбардирующих Землю. В середине 20-го века исследователи построили детекторы для поиска этих нейтрино, но их эксперименты продолжали показывать несоответствие, обнаруживая только около одной трети нейтрино, которые были предсказаны.
Либо что-то было не так с астрономическими моделями солнца, либо происходило что-то странное.
В конце концов физики поняли, что нейтрино, вероятно, бывают трех разных видов или типов. Обычное нейтрино называют электронным нейтрино, но существуют и два других вида нейтрино: мюонное нейтрино и тау-нейтрино. Проходя расстояние между Солнцем и нашей планетой, нейтрино колеблются между этими тремя типами, поэтому в тех ранних экспериментах, которые были предназначены только для поиска одного аромата, не хватало двух третей их общего числа.
Но этим колебаниям могут подвергаться только частицы, обладающие массой, что противоречит более ранним представлениям о том, что нейтрино не имеют массы. Хотя ученые до сих пор не знают точных масс всех трех нейтрино, эксперименты определили, что самый тяжелый из них должен быть как минимум в 0,0000059 раз меньше массы электрона.
Новые правила для нейтрино?
В 2011 году исследователи в рамках эксперимента Oscillation Project with Emulsion-Tracking Apparatus (OPERA) в Италии вызвали всемирную сенсацию, заявив, что они обнаружили нейтрино, движущиеся со скоростью, превышающей скорость света, — предположительно невозможное предприятие.
Хотя результаты широко освещались в средствах массовой информации, научное сообщество встретило их с большим скептицизмом. Менее чем через год физики поняли, что неисправная проводка имитировала обнаружение скорости, превышающей скорость света, и нейтрино вернулись в царство космически законопослушных частиц.
Но ученым еще многое предстоит узнать о нейтрино. Недавно исследователи из эксперимента Mini Booster Neutrino Experiment (MiniBooNE) в Национальной ускорительной лаборатории Ферми (Fermilab) недалеко от Чикаго предоставили убедительные доказательства того, что они обнаружили новый тип нейтрино, называемый стерильным нейтрино. Такой вывод подтверждает более раннюю аномалию, обнаруженную в детекторе нейтрино с жидким сцинтиллятором (LSND), эксперименте в Лос-Аламосской национальной лаборатории в Нью-Мексико. Стерильные нейтрино перевернули бы всю известную физику, потому что они не вписываются в так называемую Стандартную модель, структуру, которая объясняет почти все известные частицы и силы, кроме гравитации.