Neutrino tipik: kahulugan, kabtangan, usa ka paghulagway. neutrino oscillations - kini ...

Neutrino - sa usa ka elementary tipik nga mao ang kaayo susama sa electron, apan kini walay electric katungdanan. Kini adunay usa ka gamay nga masa, nga bisan nga zero. Gikan sa masa sa mga neutrino agad sa speed. Ang kalainan sa panahon sa pag-abot ug sa tipik pinutol nga kahoy mao ang 0,0006% (± 0,0012%). Sa 2011, kini natukod sa panahon sa Opera eksperimento nga ang tulin, kabad milapas sa speed sa kahayag neutrinos, apan independente niini nga kasinatian wala nakumpirmahan.

Ang idlas tipik

Kini mao ang usa sa labing komon nga mga partikulo sa uniberso. Tungod kay kini interact kaayo gamay nga uban sa mga butang, kini mao ang incredibly lisud nga sa pag-ila. Electron ug neutrinos dili apil sa lig-on nga nukleyar nga puwersa, apan parehong apil sa sa mga mahuyang. Partikulo nga may sa maong mga kabtangan gitawag leptons. Dugang pa sa electron (positron ug antiparticle), naghisgot sa nagsugo leptons muon (200 electron masa), tau (3500 electron masa), ug ang ilang antiparticle. Sila gitawag: electron, muon ug tau neutrinos. Ang matag usa kanila adunay antimaterial component, nga gitawag sa usa ka antineutrino.

Muon ug tau, sama sa usa ka electron, adunay nag-uban nga mga partikulo. Kini muon ug tau neutrinos. Tulo ka matang sa mga partikulo sa lain-laing gikan sa usag usa. Pananglitan, sa dihang muon neutrinos makig-uban sa mga target, sila sa kanunay maghimo muons ug dili tau o electron. Sa sa reaksiyon sa mga partikulo, bisan tuod mga electron ug electron neutrinos gilalang ug gilaglag, ang ilang padron nagpabilin nga wala mausab. Kini nga kamatuoran modala ngadto sa usa ka panagbulag leptons ngadto sa tulo ka mga matang, ang matag usa nga nakaangkon og usa ka nagsugo leptons ug nag-uban nga neutrino.

Sa pag-ila niini nga tipik gikinahanglan sa usa ka dako kaayo ug sa kaayo sensitibo detector. Ingon sa usa ka pagmando sa, uban sa ubos nga enerhiya neutrinos mobiyahe alang sa daghang mga kahayag tuig sa pakig-uban sa maong butang. Busa, ang tanan nga yuta sa mga eksperimento uban kanila mosalig sa sukod sa usa ka gamay nga tipik nga nag-interact registrars makatarunganon nga gidak-on. Pananglitan, diha sa usa ka neutrino obserbatoryo Sudbury, nga naglangkob sa 1,000 ka tonelada sa bug-at nga tubig moagi sa detector bahin sa 1012 solar neutrinos matag ikaduha. Ug makita lamang sa 30 matag adlaw.

Kasaysayan sa pagdiskobre

Wolfgang Pauli una sa banabana sa paglungtad sa mga partikulo sa 1930. Niadtong panahona, may usa ka problema, tungod kay kini daw nga ang enerhiya ug eskinado kakusog wala gitipigan diha sa beta pagkadunot. Apan Pauli gipunting nga kon adunay dili mibuga neutrinos makig neyutral tipik, ang balaod sa energy conservation nga obserbahan. Italyano nga pisiko Enrico Fermi sa 1934 naugmad sa teoriya sa beta pagkadunot, ug gihatag kaniya ang ngalan sa partikulo.

Bisan pa sa tanan nga mga panagna sa 20 ka tuig, neutrinos dili makita experimentally tungod sa huyang nga pakig- uban sa maong butang. Tungod kay ang mga partikulo nga kuryente nagsugo, sila dili molihok electromagnetic nga pwersa, ug, busa, sila dili hinungdan sa ionization sa bahandi. Dugang pa, reaksiyon sila sa bahandi pinaagi lamang sa huyang nga pakig gamay nga puwersa. Busa, sila ang mga labing idlot sa atomo makahimo sa agi sa usa ka dako nga gidaghanon sa mga atomo sa walay hinungdan sa bisan unsa nga reaksyon. 1 lamang ngadto sa 10 bilyones sa mga partikulo sa pagbiyahe pinaagi sa panapton sa usa ka gilay-on nga sama sa sa diametro sa sa Yuta, reaksiyon sa mga proton o neutron.

Sa kataposan, sa 1956 ang usa ka grupo sa mga American pisiko, nga gipangulohan ni Frederick Reines report sa pagkadiskobre sa electron antineutrino. Sa mga eksperimento kini antineutrinos misanag nuclear reactor, reaksiyon sa usa ka proton, pagtukod neutron ug positrons. Talagsaong (ug talagsaon) enerhiya pirma sa ulahing pinaagi sa-mga produkto mao ang pamatuod sa paglungtad sa mga tipik.

Sa pag-abli nagsugo leptons muons ang punto sa pagsugod sa sunod-sunod nga pag-ila sa ikaduhang matang neutrinos - muon. Ang ilang pag-ila nga gidala gikan sa 1962 sa basehan sa mga resulta sa eksperimento sa usa ka tipik gasolinador. Hataas-enerhiya muons pagkadunot neutrinos nag-umol sa pi-meson ug gitumong ngadto sa mga detector aron nga kini posible nga sa pagsusi sa ilang reaksyon sa mga bahandi. Bisan pa sa kamatuoran nga sila mga dili-sumbalik, ingon man usab sa uban nga mga matang sa mga partikulo, kini nakita nga sa talagsaong mga kaso sa diha nga sila reaksiyon sa mga proton o mga neutron, muons, neutrinos muons, apan wala electron. Sa 1998, American pisiko Leon Lederman, Melvin Schwartz ug Dzhek Shteynberger mga award sa Nobel Prize sa pisika alang sa pag-ila sa muon-neutrinos.

Sa tunga-tunga sa mga 1970, ang neutrino physics nakaangkon laing matang sa gisugo leptons - tau. Tau-neutrino ug tau-antineutrinos nalangkit sa niini nga ikatulo nga nagsugo lepton. Sa tuig 2000, mga pisiko sa National Accelerator Laboratory. Enrico Fermi report sa unang eksperimento nga ebidensiya sa paglungtad sa niini nga matang sa mga partikulo.

gibug-aton

Ang tanan nga mga matang sa neutrinos adunay masa, nga mao ang dili kaayo kay sa ilang mga kauban nga gisugo. Pananglitan, ang mga eksperimento sa pagpakita nga ang masa sa electron-neutrino kinahanglan ubos pa kay sa 0,002% sa electron masa ug ang igo nga gidaghanon sa masa sa tulo ka matang kinahanglan nga ubos pa kay sa 0,48 eV. Ang mga hunahuna nga sa daghan nga mga tuig nga ang mga pangmasang sa mga tipik mao ang zero, bisan walay lig-ong theoretical ebidensiya, ngano nga kini nga paagi. Dayon, sa 2002, ang Sudbury Neutrino Observatory nakuha ang unang direkta nga ebidensya nga electron neutrinos mibuga sa nukleyar nga mga reaksiyon sa kinauyokan sa adlaw, samtang nga moagi sila latas niini, mag-usab sa matang niini. Ang maong "oscillations" neutrino posible nga kon ang usa o labaw pa sa mga partikulo nga adunay usa ka gamay nga masa. Ilang mga pagtuon sa interaction sa cosmic kasilaw sa atmospera sa Yuta usab nagpakita sa atubangan sa mga pangmasang, apan dugang pa nga mga eksperimento gikinahanglan sa mas tukma kahulugan niini.

tinubdan

Natural nga mga tinubdan sa neutrinos - sa usa ka radioactive pagkadunot sa mga elemento sa sulod sa yuta, nga mao ang mibuga sa usa ka dako nga dagan sa ubos-enerhiya electron-antineutrino. Supernovae usab sa mapuslanong paagi neutrino panghitabo, tungod kay kini nga mga partikulo lamang motuhop hyperdense materyal nga nag-umol sa usa ka nalumpag nga bitoon; lamang sa usa ka gamay nga bahin sa mga enerhiya nga nakabig ngadto sa kahayag. Kalkulasyon nagpakita nga mga 2% sa solar energy - ang enerhiya neutrinos umol sa reaksiyon sa thermonuclear pagtugnaw, paglangkub. Kini mao ang lagmit nga ang kadaghanan sa mga mangitngit nga butang sa uniberso gilangkoban sa mga neutrinos gipatungha sa panahon sa Big Bang.

problema sa pisika

Mga dapit nga may kalabutan sa neutrino astrophysics, ug lain-lain nga ug paspas nga milambo. Current mga isyu nga makadani sa usa ka dako nga gidaghanon sa eksperimento ug teoretikal mga paningkamot, ang mga mosunod:

• Unsa ang mga lain-laing mga neutrino masa?
• Unsa nga paagi nga sila makaapekto sa pagtuon bahin sa uniberso, ang Big Bang?
• sila oscillate?
• Makahimo ba ang usa ka matang sa neutrino turns ngadto sa usa ingon nga mobiyahe sila pinaagi sa butang ug luna?
• Mga neutrinos lahi gikan sa ilang mga antiparticles?
• Sa unsa nga paagi bitoon mahugno sa pagporma sa usa ka supernova?
• Unsa ang papel sa neutrinos sa pagtuon bahin sa uniberso?

Usa sa dugay nang problema sa partikular nga interes mao ang mao nga-gitawag nga solar neutrino problema. Kini nga ngalan nagtumong sa sa kamatuoran nga sa panahon sa pipila ka terrestrial eksperimento nga gihimo sa ibabaw sa mga milabay nga 30 ka tuig, sa kanunay-obserbahan ang mga partikulo mas gamay pa kay sa gikinahanglan aron sa pagmugna sa enerhiya misanag sa adlaw. Usa ka posible nga solusyon mao ang pagtaas ug paghubas, ie. E. Ang kausaban sa electron neutrinos sa muon o tau sa panahon sa biyahe ngadto sa Yuta. Busa sa unsang paagi sa daghan nga mas lisud sa pagsukod sa ubos-enerhiya muon o tau neutrinos, kini nga matang sa kausaban nga ipatin-aw nganong dili kita makakita sa matarung nga kantidad sa mga partikulo sa Yuta.

Ikaupat nga Nobel Prize

Nobel Prize sa Physics 2015 award sa Takaaki Kaji ug Arthur MacDonald alang sa detection sa neutrino masa. Kini mao ang ikaupat nga susama nga award nakig-uban sa eksperimento sukod niini nga mga partikulo. Adunay usa ka tawo mahimong interesado sa mga pangutana sa ngano nga kita kinahanglan nga pag-atiman sa ingon daghan mahitungod sa usa ka butang nga halos makig uban sa ordinaryo nga butang.

Ang kamatuoran nga kita mamatikdan niini nga kalit lang mahuman partikulo, mao ang usa ka tugon sa tawo pagkamamugnaon. Sanglit ang mga lagda sa mekaniko quantum, probabilistic, kita nasayud nga, bisan pa sa kamatuoran nga hapit tanan sa neutrinos moagi sa Yuta, ang uban kanila makig-uban niini. detector mao ang makahimo sa igo dako nga gidak-on mao ang narehistro.

Ang una sa maong device gitukod diha sa mga sixties, lawom nga sa usa ka minahan sa South Dakota. tugdan Ang napuno sa 400 ka libo. L pagpanglimpyo fluid. Sa aberids usa ka tipik neutrino sa adlaw-adlaw interact uban sa usa ka atomo sa klorin, pagkabig niini ngadto sa argon. Dili katuohan, Raymond Davis, nga mao ang responsable alang sa detector, minugna sa usa ka pamaagi alang sa detection sa daghang mga atomo argon, ug upat ka dekada sa ulahi, sa 2002, alang sa niini nga talagsaon nga engineering feat siya award sa Nobel Prize.

bag-o nga astronomiya

Tungod kay ang neutrinos makig aron hinay, sila mobiyahe ug layo. sila sa paghatag kanato og usa ka daklit ngadto sa mga dapit nga kon dili kita unta makita. Neutrinos nakadipara Davis, nag-umol ingon nga sa usa ka resulta sa nukleyar nga mga reaksiyon nga nahitabo diha sa kasingkasing sa mga adlaw, ug nakahimo sa pagbiya niini nga incredibly baga ug sa mainit nga lingkoranan tungod lang kay sila wala makig-uban sa uban nga mga butang. Mahimo pa gani makamatikod neutrinos mibuga gikan sa sentro sa usa ka mibuto nga bitoon sa usa ka gilay-on nga labaw pa kay sa usa ka gatus ka libo ka kahayag-tuig gikan sa Yuta.

Dugang pa, kini nga mga partikulo sa paghimo niini nga posible nga sa pagtuman sa uniberso sa iyang kaayo gamay nga scale, mas gamay kay sa mga nga motan-aw ngadto sa dagkong Hadron Collider sa Geneva, nadiskobrehan sa Higgs boson. Kini alang sa niini nga rason nga ang Nobel Committee nakahukom sa award sa Nobel Prize alang sa pagkadiskobre sa mga neutrino sa laing matang.

misteryoso nga kakulang

Sa diha nga naobserbahan Ray Davis solar neutrinos, iyang nakita lamang sa usa ka ikatulo nga sa mga gilauman gidaghanon. Kadaghanan sa mga pisiko nagtuo nga ang rason alang niini nga mao ang mga kabus nga kahibalo sa astrophysics sa Adlaw: tingali misidlak subsoil model konektado sa kantidad nga gihimo sa iyang neutrino. Bisan pa niana, alang sa daghan nga mga tuig, bisan human sa solar modelo milambo, ang deficit nagpabilin. Pisiko mibayad pagtagad sa laing posibilidad: ang problema mahimong may kalabutan sa atong panglantaw sa niini nga mga partikulo. Sumala sa teoriya, unya nakadaug wala sila makabaton sa gibug-aton. Apan ang uban pisiko ang nangatarongan nga sa pagkatinuod ang mga partikulo nga adunay usa ka labihan masa, ug niini nga mga pangmasang mao ang hinungdan sa ilang kakulang.

Tulo ka-atubang tipik

Sumala sa teoriya sa neutrino oscillations, diha sa kinaiyahan, adunay tulo ka lain-laing mga matang sa kanila. Kon ang usa ka tipik nga adunay usa ka masa, nga ingon nga kini nagalihok kini gikan sa usa ka matang ngadto sa lain. Tulo ka matang - electron, muons ug tau - sa pakig-uban sa mga bahandi mahimong makabig ngadto sa katugbang nagsugo tipik (electron ug muon tau leptons). "Daku kini'g makaon" mao ang tungod sa mekaniko quantum. neutrino matang dili kanunay. Kini-usab sa panahon. Neutrinos, nga nagsugod sa iyang kinabuhi ingon nga usa ka e-mail, mahimo mobalik ngadto sa usa ka muon, ug unya balik. Mao kini ang, sa usa ka tipik, nag-umol sa kinauyokan sa adlaw, sa dalan ngadto sa Yuta mahimong matag nakabig ngadto sa muon neutrinos ug vice versa. Sukad Davis detector nga namatikdan lamang electron-neutrinos, nga mosangpot ngadto sa usa ka nukleyar nga transmutation sa klorin sa argon, daw mahimo nga ang nawala neutrino ngadto sa uban nga mga matang. (Kini turns nga neutrinos oscillate sulod sa Adlaw, ug dili sa dalan ngadto sa Yuta).

Ang Canadian eksperimento

Ang bugtong paagi sa pagsulay niini nga mao ang sa paghimo sa usa ka detector nga nagtrabaho alang sa tanang tulo ka matang sa neutrinos. Sugod gikan sa mga 90s Arthur McDonald ni Rayna ni University sa Ontario, siya nangulo sa team, nga gidala sa usa ka sa akong sa Sudbury, Ontario. Instalar naglangkob tonelada sa bug-at nga tubig, nga gihatag sa usa ka loan pinaagi sa Gobyerno sa Canada. Bug-at nga tubig mao ang talagsaon, apan ang natural nga nahitabo porma sa tubig, diin ang idroheno nga adunay sulod sa usa ka proton gipulihan sa iyang mas bug-at isotope deuterium, nga naglangkob sa usa ka proton ug usa ka neutron. Gobyerno sa Canada Nagpondo bug-at nga tubig, m. K. Kini gigamit ingon nga usa ka coolant sa usa ka nukleyar nga reactor. Ang tanan nga tulo ka matang sa neutrinos nga paglaglag sa deuterium sa pagporma proton ug neutron, ang mga neutron ug unya giisip. Detector narehistro sa tulo ka mga higayon sa gidaghanon kon itandi sa Davis - gayud ang kantidad nga labing maayo nga gitagna sa mga modelo Adlaw. Kini nagsugyot nga ang mga electron-neutrinos mahimong oscillate sa uban nga mga matang.

Hapon nga eksperimento

Around sa sama nga panahon, Takaaki Kadzita gikan sa University of Tokyo gipahigayon sa laing talagsaong eksperimento. Usa ka detector mingkayab sa tugdan sa Japan nga natala neutrinos pag-abut dili gikan sa sulod sa adlaw, ug gikan sa ibabaw nga atmospera. Sa proton magbanggaay sa cosmic kasilaw sa atmospera naporma sa taligsik sa ulan sa ubang mga partikulo, lakip na ang muon neutrinos. Sa akong sila nakabig ngadto sa hydrogen uyok sa muons. Detector Kadzity makakita mga partikulo sa pag-abut sa duha ka mga direksyon. Ang uban nahulog gikan sa itaas, gikan sa atmospera, samtang ang uban pagbalhin gikan sa ubos. Ang gidaghanon sa mga partikulo lahi, nga naghisgot bahin sa ilang lain-laing mga sa kinaiyahan - sila sa lain-laing mga puntos sa iyang oscillatory cycle.

Rebolusyon sa Science

Kini sa tanan nga exotic ug makapatingala, apan nganong neutrino oscillations ug sa masa makadani kaayo pagtagad? Ang rason mao ang walay-pagtagad. Sa standard modelo sa elementarya tipik physics, naugmad sa sa katapusan nga kalim-an ka tuig sa ikakaluhaan ka siglo, nga sa husto nga paagi naghulagway sa tanan nga mga uban nga mga obserbasyon sa accelerators ug sa ubang mga eksperimento, ang mga neutrinos maoy massless. Ang pagkadiskobre sa neutrino masa nagpakita nga ang usa ka butang ang kulang. Ang Standard Model dili bug-os nga. Kulang Ako Kung Wala elemento pa nga nadiskobrehan - uban sa tabang sa mga dagkong Hadron Collider o sa uban nga mga, wala pa gibuhat sa virtual makina.