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neutrino particella: definizione, proprietà, una descrizione. oscillazioni dei neutrini – it …

Neutrino – una particella elementare che è molto simile all'elettrone, ma non ha carica elettrica. Ha una massa molto piccola, che può anche essere nullo. Dalla massa del neutrino dipende dalla velocità. La differenza di tempo di arrivo e il fascio di particelle è 0,0006% (± 0,0012%). Nel 2011, è stato stabilito durante l'esperimento OPERA che la velocità supera la velocità di neutrini leggeri, ma indipendente di questa esperienza non ha confermato.


La particella sfuggente

Questa è una delle particelle più comuni nell'universo. Dal momento che interagisce molto poco con la materia, è incredibilmente difficile da rilevare. Elettroni e neutrini non partecipano alla forza nucleare, ma ugualmente partecipano alla debole. Particelle aventi tali proprietà sono chiamati leptoni. Oltre a elettroni (positroni e antiparticella), di cui il leptoni muone carica (200 massa dell'elettrone), tau (3500 massa dell'elettrone), e la loro antiparticella. Si chiamano: elettrone, muone e neutrini tau. Ognuno di loro ha componente antimaterial, chiamato un antineutrino.

Muon e tau, come un elettrone, hanno particelle allegate. Si muonico e tauonico neutrini. Tre tipi di particelle diversi tra loro. Ad esempio, quando i neutrini muonici interagiscono con il bersaglio, producono sempre muoni e mai tau o elettroni. Nella reazione delle particelle, anche se elettroni e neutrini elettronici vengono creati e distrutti, la loro somma rimane invariata. Questo fatto porta ad un leptoni separazione in tre tipi, ciascuno dei quali possiede una leptoni carichi e neutrini accompagnamento.

Per rilevare questa particella richiesto molto grandi e altamente sensibili rivelatori. Come regola generale, con neutrini a bassa energia viaggerà per molti anni luce alla interazione con la materia. Di conseguenza, tutti gli esperimenti di terra con loro si basano sulla misura di una piccola frazione che interagisce con registrar dimensioni ragionevoli. Ad esempio, in un osservatorio di neutrini Sudbury, contenente 1.000 tonnellate di acqua pesante passa attraverso il rivelatore circa 1012 neutrini al secondo. E solo 30 al giorno trovato.

La storia della scoperta

Wolfgang Pauli postulata l'esistenza di particelle nel 1930. A quel tempo, c'era un problema, perché sembrava che l'energia e momento angolare non vengono memorizzati nel decadimento beta. Ma Pauli sottolineato che se non v'è emessa neutrini interagiscono particella neutra, la legge di conservazione dell'energia sarà osservato. fisico italiano Enrico Fermi nel 1934 ha sviluppato la teoria del decadimento beta, e le diede il nome della particella.

Nonostante tutte le previsioni per 20 anni, neutrini non può essere rilevato sperimentalmente causa della sua debole interazione con la materia. Poiché le particelle vengono caricate elettricamente, non agiscono forze elettromagnetiche, e, pertanto, non causano ionizzazione della sostanza. Inoltre, essi reagiscono con la sostanza solo attraverso interazioni deboli leggera forza. Pertanto, essi sono le particelle subatomiche più penetranti capaci di passare attraverso un enorme numero di atomi senza provocare alcuna reazione. 1 solo a 10 miliardi queste particelle viaggiano attraverso il tessuto di una distanza pari al diametro della Terra, reagisce con protoni o neutroni.

Infine, nel 1956, un gruppo di fisici americani, guidati da Frederick Reines riportato la scoperta del antineutrino elettronico. In esperimenti antineutrini reattore nucleare irradiato, reagendo con un protone, formando neutroni e positroni. Unique (e rare) le firme di energia di quest'ultimo sottoprodotti era la prova dell'esistenza della particella.

Aprendo leptoni carichi muoni è il punto di partenza per la successiva identificazione del secondo tipo neutrini – muone. La loro identificazione è stata effettuata nel 1962 sulla base dei risultati della sperimentazione in un acceleratore di particelle. neutrini muoni di decadimento ad alta energia formate da pi-mesoni e diretti al rivelatore in modo che fosse possibile esaminare la loro reazione con la sostanza. Nonostante il fatto che essi non sono reattivi, così come altri tipi di particelle, si è constatato che nei rari casi quando reagiscono con protoni o neutroni, muoni, neutrini muoni, ma mai elettroni. Nel 1998, i fisici americani Leon Lederman, Melvin Schwartz e Dzhek Shteynberger hanno ricevuto il Premio Nobel per la fisica per l'identificazione di neutrini muonici.

A metà degli anni 1970, la fisica del neutrino ha guadagnato un altro tipo di leptoni carichi – tau. Tau-tau neutrino e-antineutrini sono stati associati con questo terzo leptone carico. Nel 2000, i fisici presso il National Accelerator Laboratory. Enrico Fermi ha segnalato la prima evidenza sperimentale dell'esistenza di questo tipo di particelle.

peso

Tutti i tipi di neutrini hanno massa, che è molto inferiore a quella dei loro partner cariche. Ad esempio, gli esperimenti mostrano che la massa dell'elettrone-neutrino deve essere inferiore a 0,002% della massa dell'elettrone e la somma delle masse dei tre varietà deve essere inferiore a 0,48 eV. Il pensiero per molti anni che la massa della particella è pari a zero, anche se non vi era alcuna prova teorica convincente, perché dovrebbe essere così. Poi, nel 2002, l'osservatorio Sudbury Neutrino stata rilasciata la prima prova diretta che elettroni neutrini emesso da reazioni nucleari nel nucleo del sole, fintanto che passano attraverso di esso, modificare il tipo. Tale neutrino "oscillazioni" possibile se uno o più delle particelle hanno una piccola massa. I loro studi l'interazione dei raggi cosmici nell'atmosfera terrestre indicano anche la presenza di massa, ma sono necessari ulteriori esperimenti per definire più accuratamente esso.

fonti

fonti naturali di neutrini – un decadimento radioattivo degli elementi all'interno della terra, che viene emesso ad un grande flusso di bassa energia elettrone-antineutrino. Supernovae sono anche vantaggiosamente NEUTRINO fenomeno, poiché queste particelle possono penetrare solo materiale iperdensa formata in una stella che collassa; solo una piccola parte dell'energia viene convertita in luce. I calcoli mostrano che circa il 2% di energia solare – i neutrini di energia formati in reazioni termonucleari di fusione. E 'probabile che la maggior parte della materia oscura dell'universo è costituito dei neutrini prodotti durante il Big Bang.

problemi di fisica

I settori legati al neutrino astrofisica, e diverse e in rapida evoluzione. questioni attuali che attirano un gran numero di iniziative sperimentali e teoriche, quanto segue:

  • Quali sono le diverse masse dei neutrini?
  • Come si influenzano la cosmologia, il Big Bang?
  • oscillano?
  • Può un tipo di neutrino si trasforma in un altro mentre viaggiano attraverso la materia e lo spazio?
  • Sono neutrini fondamentalmente diverso dai loro antiparticelle?
  • Come stelle collassare per formare una supernova?
  • Qual è il ruolo dei neutrini nella cosmologia?

Uno dei problemi di vecchia data di particolare interesse è il cosiddetto problema dei neutrini solari. Questo nome si riferisce al fatto che durante diversi esperimenti terrestri condotti negli ultimi 30 anni, continuamente osservato le particelle più piccole di quelle necessarie per produrre l'energia irradiata dal sole. Una possibile soluzione è l'oscillazione, cioè. E. La trasformazione di neutrini elettronici a muonici o tau durante il viaggio verso la Terra. Quindi, quanto più difficile da misurare muoni a basso consumo energetico o di neutrini tau, questo tipo di trasformazione spiegherebbe il motivo per cui non vediamo la giusta quantità di particelle sulla Terra.

Quarto premio Nobel

Premio Nobel per la Fisica 2015 è stato assegnato a Takaaki Kaji e Arthur MacDonald per la rilevazione della massa del neutrino. Questo era il quarto premio simile associata con le misure sperimentali di queste particelle. Qualcuno può essere interessato alla questione del perché dovremmo preoccuparci così tanto di qualcosa che interagiscono a malapena con la materia ordinaria.

Il fatto di poter rilevare queste particelle effimere, è un testamento dell'ingegno umano. Dato che le regole della meccanica quantistica, probabilistici, sappiamo che, nonostante il fatto che la quasi totalità dei neutrini passano attraverso la Terra, alcuni di loro interagire con esso. Il rivelatore è in grado di dimensione sufficientemente grande è registrato.

Il primo tale dispositivo è stato costruito negli anni sessanta, in profondità in una miniera in South Dakota. L'albero è stato riempito nel liquido detergente L 400 mila.. In media neutrino una particella interagisce quotidianamente con un atomo di cloro, convertendolo in argon. Incredibilmente, Raymond Davis, che era responsabile per il rivelatore, ha inventato un metodo per la rilevazione di più atomi di argon, e quattro decenni più tardi, nel 2002, per questa straordinaria impresa di ingegneria è stato insignito del premio Nobel.

nuova astronomia

Perché i neutrini interagiscono molto debolmente, possono percorrere grandi distanze. Ci danno un assaggio in luoghi che altrimenti non avremmo mai visto. I neutrini rilevato Davis, formata a seguito di reazioni nucleari che hanno avuto luogo nel cuore del sole, ed erano in grado di lasciare questa sede incredibilmente denso e caldo solo perché non interagiscono con altra materia. Si può anche rilevare i neutrini emessi dal centro di una stella esplosa ad una distanza di più di un centinaio di migliaia di anni luce dalla Terra.

Inoltre, queste particelle permettono di osservare l'universo nella sua scala molto piccola, molto più piccoli di quelli in cui può guardare nel Large Hadron Collider di Ginevra, scoperto il bosone di Higgs. E 'per questo motivo che il Comitato per il Nobel ha deciso di assegnare il premio Nobel per la scoperta del neutrino di un altro tipo.

carenza misteriosa

Quando Ray Davis ha osservato neutrini solari, ha trovato solo un terzo della quantità prevista. La maggior parte dei fisici ritengono che la ragione di questo è la scarsa conoscenza di astrofisica del Sole: forse splendeva modello di sottosuolo sovrastimato la quantità prodotta nel suo neutrino. Tuttavia, per molti anni, anche dopo che i modelli solari sono migliorate, il deficit è rimasto. I fisici hanno prestato attenzione ad un'altra possibilità: il problema potrebbe essere legato alla nostra percezione di queste particelle. Secondo la teoria, poi prevalso non hanno avuto il peso. Ma alcuni fisici hanno sostenuto che in realtà le particelle hanno una massa infinitesima, e questa massa è stato il motivo per la loro mancanza.

Tre facce particella

Secondo la teoria delle oscillazioni dei neutrini, in natura, ci sono tre diversi tipi di loro. Se una particella ha una massa, che come si muove può passare da un tipo all'altro. Tre tipi – elettroni, muoni e tau – nell'interazione con la sostanza possono essere convertiti particella carica corrispondente (leptoni elettroni e muoni tau). "Oscillazione" è dovuto alla meccanica quantistica. Tipo neutrino non è costante. Si cambia nel tempo. I neutrini, che ha iniziato la sua esistenza come una e-mail, può trasformarsi in un muone, e poi di nuovo. Così, una particella, formato nel nucleo del sole, sulla strada per la Terra può essere periodicamente convertito in neutrini muonici e viceversa. Poiché rivelatore Davis potrebbe rilevare solo neutrini elettronici, che potrebbero portare ad una trasmutazione di cloro in argon, sembrava possibile che il neutrino mancante trasformato in altri tipi. (Si scopre che i neutrini oscillano all'interno del Sole, e non sulla strada per la Terra).

L'esperimento canadese

L'unico modo per testare questa era di creare un rilevatore che ha lavorato per tutti i tre tipi di neutrini. A partire dagli anni '90 Arthur McDonald della Queen University in Ontario, ha guidato la squadra, che si svolge in una miniera a Sudbury, Ontario. Installazione contiene tonnellate di acqua pesante, ha fornito un prestito da parte del governo del Canada. acqua pesante è raro, ma la forma naturale di acqua, in cui l'idrogeno contenente un protone viene sostituito dal suo deuterio isotopo più pesante, comprendente un protone e un neutrone. governo canadese accumulato acqua pesante, m. K. Viene utilizzato come refrigerante in un reattore nucleare. Tutti e tre i tipi di neutrini potevano distruggere il deuterio per formare protoni e neutroni, i neutroni e poi contati. Rivelatore registrato circa tre volte il numero rispetto a Davis – esattamente l'importo che meglio ha predetto i modelli da sole. Questo suggerisce che i neutrini elettronici possono oscillare in suoi altri tipi.

esperimento giapponese

Intorno allo stesso tempo, Takaaki Kadzita presso l'Università di Tokyo ha condotto un altro esperimento notevole. Un rilevatore montato nel pozzo in Giappone registrato neutrini non proveniente dall'interno del sole, e dall'atmosfera superiore. In collisioni protoni dei raggi cosmici con l'atmosfera sono formati docce di altre particelle, tra neutrini muonici. Nella miniera vengono convertiti in nuclei di idrogeno in muoni. Rivelatore Kadzity poteva vedere le particelle provenienti in due direzioni. Alcuni cadde dall'alto e dall'atmosfera, mentre altri stanno muovendo dal basso. Il numero di particelle era diverso, che ha parlato loro diversa natura – erano in punti diversi nel suo ciclo oscillatorio.

Rivoluzione nella scienza

E 'tutte le oscillazioni esotici e sorprendenti, ma perché neutrino e la massa attirano tanta attenzione? La ragione è semplice. Nel modello standard della fisica delle particelle elementari, sviluppato nel corso degli ultimi cinquanta anni del XX secolo, che descrive in modo corretto tutte le altre osservazioni di acceleratori e altri esperimenti, i neutrini dovevano essere senza massa. La scoperta della massa del neutrino indica che manca qualcosa. Il Modello Standard non è completa. elementi ancora da scoprire Manca – con l'aiuto del Large Hadron Collider o l'altro, non ha ancora creato macchina virtuale.