neutrino Partikel: Definition, Eigenschaften, eine Beschreibung. Neutrino-Oszillationen – es …

Neutrino – ein Elementarteilchen, das sehr ähnlich das Elektron ist, aber es hat keine elektrische Ladung. Es hat eine sehr kleine Masse, die auch Null sein kann. Aus der Masse des Neutrinos ist abhängig von der Geschwindigkeit. Die Differenz in der Ankunftszeit und die Teilchenstrahl ist 0,0006% (± 0,0012%). Im Jahr 2011 wurde es während des OPERA-Experiments festgestellt, dass die Geschwindigkeit der Lichtgeschwindigkeit Neutrinos überschreitet, aber unabhängig von dieser Erfahrung nicht bestätigt hat.

Der ausweichPartikel

Dies ist einer der häufigsten Teilchen im Universum. Da es sehr wenig mit der Materie in Wechselwirkung tritt, ist es unglaublich schwer zu erkennen. Elektronen und Neutrinos beteiligen sich nicht an der starken Kernkraft, aber auch in der schwachen teilnehmen. Partikel mit solchen Eigenschaften werden als Leptonen. Zusätzlich zu Elektron (Positron und antiparticle), bezogen auf die geladenen Leptonen Myon (200 Elektronenmassen), tau (3500 Elektronenmasse) und dessen antiparticle. Sie heißen: Elektron, Myon und Tau-Neutrinos. Jeder von ihnen hat anti-materielle Komponente, ein Antineutrino genannt.

Myon und Tau, wie ein Elektron haben beigefügte Partikel. Es Myon und Tau-Neutrinos. Drei Arten von Teilchen voneinander unterscheiden. Wenn zum Beispiel Myonneutrinos mit dem Ziel interagieren, sie produzieren immer Myonen und nie Tau oder Elektronen. Bei der Reaktion der Teilchen, obwohl Elektronen und Elektron-Neutrinos erzeugt und zerstört werden, deren Summe bleibt unverändert. Diese Tatsache führt zu einer Trennung Leptonen in drei Typen, von denen jeder eine geladene Leptonen und begleitenden neutrino besitzt.

Zum Nachweis dieses Teilchens eines sehr großen und hochempfindliche Detektoren erforderlich. In der Regel mit geringer Energie Neutrinos mit Materie für viele Lichtjahre auf die Interaktion reisen. Folglich mit ihnen alle Böden Experimente beruhen auf der Messung einer kleinen Fraktion, die mit Registraren angemessener Größe in Wechselwirkung tritt. Zum Beispiel in einem Neutrino Observatory Sudbury, 1.000 Tonnen schweren Wasser enthält, tritt durch den Detektor etwa 1012 Sonnenneutrinos pro Sekunde. Und nur 30 pro Tag gefunden.

Geschichte der Entdeckung

Wolfgang Pauli postuliert zunächst die Existenz von Teilchen im Jahr 1930. Zu dieser Zeit gab es ein Problem, weil es schien, dass die Energie und Drehimpuls nicht in der Beta-Zerfall gespeichert. Aber Pauli darauf hingewiesen , dass , wenn dort nicht in Wechselwirkung Neutrinos Neutralteilchen emittiert wird , das Energieerhaltungsgesetz wird beobachtet werden. Italienische Physiker Enrico Fermi 1934 entwickelte die Theorie der Beta-Zerfall, und gab ihr den Namen des Teilchens.

Trotz aller Prognosen für 20 Jahre, können Neutrinos nicht experimentell aufgrund seiner erkannt werden schwache Wechselwirkung mit Materie. Da die Teilchen elektrisch geladen sind, sie wirken nicht elektromagnetische Kräfte, und daher sie verursachen keine Ionisierung der Substanz. Darüber hinaus reagieren sie mit der Substanz nur durch schwache Wechselwirkungen geringe Kraft. Deshalb sind sie die am stärksten eindringende subatomaren Teilchen, die durch eine große Anzahl von Atomen vorbei, ohne irgendeine Reaktion zu verursachen. Lediglich 1 bis Höhe von 10 Mrd. dieser Partikel durch das Gewebe durch einen Abstand gleich den Durchmesser der Erde fahren, reagiert mit Protonen oder Neutronen.

Schließlich wurde eine Gruppe von amerikanischen Physiker im Jahre 1956, angeführt von Frederick Reines berichtete die Entdeckung des Elektrons Antineutrino. In Experimenten Antineutrinos es abgestrahlten Kernreaktor, mit einem Proton reagieren, bilden Neutronen und Positronen. Unique (und seltene) Energie Signaturen der letzteren Nebenprodukte war der Beweis für die Existenz des Teilchens.

Öffnungs geladene Leptonen muons war der Ausgangspunkt für die nachfolgende Identifizierung des zweiten Typs Neutrinos – Myon. Ihre Identifizierung wurde 1962 auf der Grundlage der Ergebnisse des Experiments in einem Teilchenbeschleuniger durchgeführt. Hochenergetische muons Zerfall Neutrinos gebildet durch PI-Mesonen und zu dem Detektor gerichtet, so dass es möglich war, die Reaktion mit der Substanz zu untersuchen. Trotz der Tatsache, dass sie nicht-reaktiv sind, sowie andere Arten von Partikeln, wurde festgestellt, dass in den seltenen Fällen, wenn sie reagieren mit Protonen oder Neutronen, Myonen, Neutrinos Myonen, aber nie Elektronen. Im Jahr 1998 wurden amerikanische Physiker Leon Lederman, Melvin Schwartz und Dzhek Shteynberger den Nobelpreis in Physik für die Identifizierung von Myon-Neutrinos ausgezeichnet.

In der Mitte der 1970er Jahre gewann der Neutrinophysik eine andere Art von geladenen Leptonen – tau. Tau-Neutrino und Tau-Antineutrinos wurden mit diesen dritten geladenen Leptonen verbunden. Im Jahr 2000 Physiker am National Accelerator Laboratory. Enrico Fermi berichtete den ersten experimentellen Beweis für die Existenz dieser Art von Teilchen.

Gewicht

Alle Arten von Neutrinos Masse haben, die viel geringer ist als die ihr Partner in Rechnung gestellt. Beispielsweise zeigen Experimente, dass die Masse des Elektron-Neutrino sein muss weniger als 0,002% der Elektronenmasse und die Summe der Massen der drei Sorten sollte als 0,48 eV weniger sein. Der Gedanke, seit vielen Jahren, dass die Masse des Teilchens Null ist, obwohl es keinen zwingenden theoretischen Beweis war, warum es so sein sollte. Dann, im Jahr 2002 wurde das Sudbury Neutrino Observatory den ersten direkten Beweis erhalten, die Elektron-Neutrinos durch Kernreaktionen im Kern der Sonne emittiert werden, solange sie durch sie hindurchtreten, seinen Typ verändern. Solche „Oszillationen“ neutrino möglich, wenn eine oder mehr der Teilchen eine geringe Masse aufweisen. Ihre Studien der Wechselwirkung der kosmischen Strahlung in der Erdatmosphäre zeigen auch die Anwesenheit von Masse, aber weitere Experimente erforderlich sind, um mehr es genau zu definieren.

Quellen

Natürliche Quellen von Neutrinos – ein radioaktiven Zerfall der Elemente in der Erde, die bei einem großen Strom von Niedrigenergie-Elektronen-Antineutrino emittiert wird. Supernovä sind vorteilhaft Neutrino Phänomene, da diese Partikel nur dichtes Fliessmaterial in einem kollabierenden Sterne gebildet eindringen können; nur ein kleiner Teil der Energie wird in Licht umgewandelt. Berechnungen zeigen , dass etwa 2% der Sonnenenergie – die Energie in gebildeten Neutrinos Reaktionen der Kernfusion. Es ist wahrscheinlich, dass die meisten der dunklen Materie des Universums der erzeugten Neutrinos beim Urknall gemacht wird.

Physik Probleme

Bereiche im Zusammenhang Astrophysik Neutrino und vielfältigen und sich rasch weiterentwickelt. Aktuelle Themen, die eine große Zahl von experimentellen und theoretischen Anstrengungen anziehen, die folgenden:

• Was sind die verschiedenen Neutrinomassen?
• Wie beeinflussen sie die Kosmologie, den Urknall?
• sie schwingen?
• Kann eine Art von Neutrinos in ein anderes verwandelt, wie sie durch die Materie und Raum reisen?
• Sind Neutrinos grundsätzlich verschieden von ihren Antiteilchen?
• Wie Sterne kollabieren, um eine Supernova bilden?
• Was ist die Rolle der Neutrinos in der Kosmologie?

Eine der seit langem bestehenden Probleme von besonderem Interesse ist das sogenannte Sonnenneutrino-Problem. Dieser Name bezieht sich auf die Tatsache, dass während mehrerer terrestrischen Experimente in den vergangenen 30 Jahren durchgeführt, kontinuierlich die Partikel kleiner als notwendig betrachtet, um die Energie von der Sonne abgestrahlt zu erzeugen. Eine mögliche Lösung ist die Schwingung, dh. E. Die Transformation der Elektronen Neutrinos Myon oder Tau während der Reise zur Erde. Also, wie viel schwierige Niedrigenergie Myon oder Tau-Neutrinos, diese Art von Transformation zu messen würde erklären, warum wir nicht die richtige Menge an Partikeln auf der Erde sehen.

Vierte Nobelpreis

Nobelpreis für Physik 2015 wurde Takaaki Kaji und Arthur MacDonald zum Nachweis der Neutrinomasse verliehen. Dies war die vierte ähnliche Auszeichnung mit experimentellen Messungen dieser Teilchen verbunden. Jemand kann in der Frage interessiert, warum sollten wir kümmern uns so viel über etwas, das kaum mit normaler Materie in Wechselwirkung treten.

Die Tatsache, dass wir diese kurzlebigen Teilchen erkennen können, ist ein Beweis für die menschliche Erfindungsgabe. Da die Regeln der Quantenmechanik, probabilistische, wissen wir, dass, trotz der Tatsache, dass fast alle Neutrinos durch die Erde passieren, einige von ihnen mit ihm interagieren. Der Detektor ist in der Lage ausreichend große Größe registriert wird.

Die erste derartige Einrichtung wurde in den sechziger Jahren, tief in einer Mine in South Dakota gebaut. Die Welle wurde in 400 Tausend gefüllt. L Reinigungsflüssigkeit. Im Durchschnitt einer Partikel neutrino Wechselwirkung tritt täglich mit einem Atom von Chlor, das in Argon überführt. Unglaublich, Raymond Davis, der für den Detektor verantwortlich war, erfand ein Verfahren zum Nachweis von mehreren Argonatom und vier Jahrzehnte später, im Jahr 2002 für diese erstaunliche Ingenieurleistung wurde er mit dem Nobelpreis ausgezeichnet.

neue Astronomie

Da Neutrinos so schwach in Wechselwirkung treten, können sie große Entfernungen reisen. Sie geben uns einen Einblick in die Orte, die sonst hätten wir nie gesehen haben. Neutrinos nachgewiesen Davis, als Folge von Kernreaktionen gebildet, die im Herzen der Sonne nahm, und konnte diesen unglaublich dichten und heißen Stuhl verlassen, nur weil sie mit anderer Materie nicht in Wechselwirkung treten. Sie können sogar Neutrinos emittiert von der Mitte eines explodierten Sterns in einer Entfernung von mehr als hunderttausend Lichtjahre von der Erde erkennen.

Darüber hinaus sind diese Teilchen ermöglichen es , das Universum in seinem sehr kleinen Maßstab, viel kleiner als jene , in denen schauen in den Large Hadron Collider in Genf kann zu beobachten, entdeckte den Higgs – Boson. Es ist aus diesem Grund, dass das Nobel-Komitee über die Vergabe der Nobelpreis für die Entdeckung des Neutrinos eines anderen Typs entschieden.

mysteriös Mangel

Als Ray Davis Sonnenneutrinos beobachtet, fand er nur ein Drittel der erwarteten Menge. Die meisten Physiker glauben, dass der Grund dafür ist die mangelnde Kenntnis der Astrophysik der Sonne: vielleicht Baugrundmodell schien die Menge in seiner Neutrino erzeugt überschätzt. Dennoch seit vielen Jahren, auch nachdem die Solarmodelle verbessert haben, blieb das Defizit. Die Physiker haben die Aufmerksamkeit auf eine andere Möglichkeit bezahlt: das Problem unserer Wahrnehmung dieser Teilchen zusammenhängen könnte. Nach der Theorie durchgesetzt, dann haben sie das Gewicht nicht haben. Aber einige Physiker haben argumentiert, dass dadurch in den Teilchen eine unendlich kleine Masse, und diese Masse war der Grund für ihren Mangel.

Drei-Faced Teilchen

Nach der Theorie von Neutrino-Oszillationen, in der Natur gibt es drei verschiedene Arten von ihnen. Wenn ein Teilchen eine Masse aufweist, dass wenn er sich bewegt kann sie von einem Typ in einen anderen übergehen. Drei Typen – Elektronen, muons und tau – im Zusammenspiel mit der Substanz kann zu den entsprechenden geladenen Teilchen (Elektronen und Myon tau Leptonen) umgewandelt werden. „Pendeln“ ist der Quantenmechanik durch. Neutrino-Typ ist nicht konstant. Es ändert sich im Laufe der Zeit. Neutrinos, die ihre Existenz als E-Mail begann, kann in ein Myon drehen und dann wieder zurück. Somit kann ein Teilchen, in dem Kern der Sonne gebildet wird, auf dem Weg zur Erde kann periodisch in Myonneutrinos und umgekehrt umgewandelt werden. Da Davis Detektor nur Elektronen-Neutrinos erkennen könnte, was zu einer Kernumwandlung von Chlor in Argon führen konnte, schien es möglich, dass das fehlende Neutrino in andere Typen umgewandelt. (Es stellt sich heraus, dass Neutrinos im Innern der Sonne schwingt, und nicht auf dem Weg zur Erde).

Das kanadische Experiment

Der einzige Weg, dies zu testen war, einen Detektor zu schaffen, die für alle drei Arten von Neutrinos gearbeitet. Ausgehend von den 90er Jahren Arthur McDonald's von der Queens University in Ontario, führte er das Team, das in Sudbury, Ontario in einer Mine durchgeführt wird. Installation enthält Tonnen schweren Wasser, sofern ein Darlehen von der Regierung von Kanada. Schweres Wasser ist selten, aber die natürlich vorkommende Form von Wasser, wobei die Wasserstoff ein Proton enthält, die durch seine schwereren Isotop Deuterium ersetzt ist, die ein Proton und ein Neutron umfasst. Kanadische Regierung auf Halde schweres Wasser, m. K. Es wird als Kühlmittel in einem Kernreaktor verwendet. Alle drei Arten von Neutrinos könnten Deuterium Protonen und Neutronen zu bilden, die Neutronen zerstören und dann gezählt. Detektor registrierte etwa dreimal die Zahl im Vergleich zu Davis – genau die Menge, die die Sun-Modelle am besten vorhergesagt. Dies deutet darauf hin, dass der Elektron-Neutrinos in ihren anderen Typen schwingen kann.

Japanese Experiment

Etwa zur gleichen Zeit, Takaaki Kadzita von der Universität Tokio durchgeführt einem weiteres bemerkenswertes Experiment. Ein Detektor in der Welle in Japan aufgezeichnet montiert Neutrinos nicht aus dem Innern der Sonne kommen, und von der oberen Atmosphäre. In Protonen Kollisionen der kosmischen Strahlung mit der Atmosphäre sind Duschen von anderen Teilchen gebildet werden, einschließlich Myonneutrinos. In der Mine werden sie an Wasserstoffkernen in Myonen umgewandelt. Detektor Kadzity konnte sehen, Partikel in zwei Richtungen kommen. Einige fielen von oben, aus der Atmosphäre kommen, während andere von unten zu bewegen. Die Anzahl der Partikel war anders, die über ihre unterschiedliche Natur gesprochen – sie an verschiedenen Punkten in ihrem Schwingungszyklus waren.

Revolution in der Wissenschaft

Es ist alles exotische und überraschend, aber warum Neutrino-Oszillationen und die Masse so viel Aufmerksamkeit auf sich ziehen? Der Grund ist einfach. Im Standardmodell der Elementarteilchenphysik, in den letzten fünfzig Jahren des zwanzigsten Jahrhunderts entwickelt, das alle anderen Beobachtungen in Beschleunigern und anderen Experimenten richtig beschreibt, waren die Neutrinos masselos sein. Die Entdeckung der Neutrinomasse zeigt an, dass etwas fehlt. Das Standardmodell ist nicht vollständig. Fehlende Elemente noch nicht entdeckt zu werden – mit Hilfe des Large Hadron Collider oder der anderen Seite hat virtuelle Maschine noch nicht erstellt.