partícula neutrino: definição, propriedades, uma descrição. oscilações de neutrinos – ele …

Neutrino – uma partícula elementar que é muito semelhante ao elétron, mas não tem carga elétrica. Ele tem uma massa muito pequena, que pode até ser zero. A partir da massa do neutrino depende da velocidade. A diferença em tempo de chegada e o feixe de partículas é 0,0006% (± 0,0012%). Em 2011, foi estabelecido durante o experimento OPERA que a velocidade excede a velocidade de neutrinos luz, mas independente desta experiência não confirmou.

A partícula elusiva

Esta é uma das partículas mais comuns no universo. Desde que interage muito pouco com a matéria, é extremamente difícil de detectar. Elétrons e neutrinos não participar da força nuclear forte, mas igualmente participar na fraco. As partículas que têm tais propriedades são chamados leptones. Além de electrões (de positrões e antiparticle), a que se refere o múon carregada leptones (200 massa de electrões), tau (3500 massa de electrões), e o seu anti-partícula. Eles são chamados de: elétron, múon e neutrinos do tau. Cada um deles tem componente antimaterial, chamado um antineutrino.

Muão e tau, como um electrão, ter partículas anexas. Ele múon e tau neutrinos. Três tipos de partículas diferentes um do outro. Por exemplo, quando neutrinos do múon interagir com o alvo, eles sempre produzem múons e nunca tau ou elétrons. Na reacção das partículas, apesar de electrões e neutrinos electrões são criadas e destruídas, a sua soma permanece inalterada. Este facto leva a uma separação leptones em três tipos, cada um dos quais possui uma leptones carregadas e neutrino acompanhante.

Para detectar este partícula necessário um muito grandes e altamente sensíveis detectores. Como regra geral, com neutrinos de baixa energia vai viajar por muitos anos-luz à interação com a matéria. Consequentemente, todos os experimentos terrestres com eles dependem da medição de uma pequena fração que interage com registradores tamanho razoável. Por exemplo, em um observatório neutrino Sudbury, contendo 1.000 toneladas de água pesada passa através do detector de cerca de 1012 neutrinos solares por segundo. E apenas 30 por dia encontrados.

História da descoberta

Wolfgang Pauli primeiro postulou a existência de partículas em 1930. Naquela época, havia um problema, porque parecia que a energia eo momento angular não são armazenados no decaimento beta. Mas Pauli salientou que, se não é emitido neutrinos interagem partícula neutra, a lei de conservação de energia será observado. físico italiano Enrico Fermi em 1934 desenvolveu a teoria do decaimento beta, e deu-lhe o nome da partícula.

Apesar de todas as previsões para 20 anos, os neutrinos não podem ser detectados experimentalmente devido à sua fraca interação com a matéria. Uma vez que as partículas são carregadas electricamente, eles não agem forças electromagnéticas, e, portanto, eles não provocam a ionização da substância. Adicionalmente, eles reagem com a substância só através de interacções fracas ligeira força. Por conseguinte, eles são as partículas subatómicas mais penetrantes capazes de passar através de um grande número de átomos sem causar qualquer reacção. Apenas 1-10000000000 destas partículas viajam através do tecido de uma distância igual ao diâmetro da Terra, reage com protões ou neutrões.

Finalmente, em 1956 um grupo de físicos americanos, liderado por Frederick Reines relatou a descoberta do antineutrino do elétron. Em experiências que antineutrinos reactor nuclear irradiada, reagir com um protão, formando neutrões e positrões. assinaturas de energia únicos (e raros) do último subprodutos era a prova da existência da partícula.

Abrindo muões Léptons carregadas foi o ponto de partida para posterior identificação do segundo tipo neutrinos – muão. A sua identificação foi realizada em 1962, com base nos resultados da experiência de um acelerador de partículas. De alta energia neutrinos muões decaimento formados por pi-mesões e dirigidos para o detector de modo a que foi possível examinar a sua reacção com a substância. Apesar do fato de que eles são não-reativo, bem como outros tipos de partículas, verificou-se que nos casos raros quando eles reagem com prótons ou nêutrons, múons, múons neutrinos, mas nunca elétrons. Em 1998, físicos americanos Leon Lederman, Melvin Schwartz e Dzhek Shteynberger foram agraciados com o Prêmio Nobel de Física para a identificação de múon-neutrinos.

Em meados dos anos 1970, a física de neutrinos ganhou um outro tipo de léptons carregados – tau. Tau-tau e neutrino-antineutrinos foram associados com este terceiro leptão carregada. Em 2000, físicos do Laboratório Acelerador Nacional. Enrico Fermi relatada a primeira prova experimental da existência deste tipo de partículas.

peso

Todos os tipos de neutrinos têm massa, que é muito menos do que a de seus parceiros carregadas. Por exemplo, as experiências mostram que a massa do electrão-neutrino deve ser inferior a 0,002% da massa de electrões e a soma das massas das três variedades deve ser inferior a 0,48 eV. O pensamento por muitos anos que a massa da partícula é zero, apesar de não haver evidência teórica convincente, por que deveria ser assim. Em seguida, em 2002, o Observatory Sudbury Neutrino foi obtida a primeira evidência directa de que neutrinos electrões emitidos por meio de reacções nucleares no núcleo do sol, contanto que eles passam através dele, modificar o seu tipo. Tal "oscilação" neutrino possível se um ou mais das partículas têm uma pequena massa. Seus estudos da interação de raios cósmicos na atmosfera da Terra também indicar a presença de massa, mas mais experimentos são necessários para definir com mais precisão.

fontes

As fontes naturais de neutrinos – um decaimento radioactivo dos elementos no interior da terra, a qual é emitida a um grande fluxo de baixa energia de electrões antineutrino. Supernovas são também vantajosamente neutrino fenómeno, uma vez que estas partículas só pode penetrar material de hiperdenso formada numa estrela em colapso; apenas uma pequena parte da energia é convertida em luz. Os cálculos mostram que cerca de 2% de energia solar – os neutrinos energia formados em reacções de termonuclear fusão. É provável que a maior parte da matéria escura do universo é composta dos neutrinos produzidos durante o Big Bang.

problemas de física

Áreas relacionadas com o neutrino astrofísica, e diversas e em rápida evolução. questões atuais que atraem um grande número de esforços teóricos e experimentais, o seguinte:

• Quais são as diferentes massas de neutrinos?
• Como elas afetam a cosmologia, o Big Bang?
• oscilam?
• Pode um tipo de neutrino se transforma em outra, como eles viajam através da matéria e do espaço?
• São neutrinos fundamentalmente diferente de suas antipartículas?
• Como as estrelas em colapso para formar uma supernova?
• Qual é o papel dos neutrinos em cosmologia?

Um dos problemas de longa data de particular interesse é o chamado problema do neutrino solar. Este nome refere-se ao fato de que durante vários experimentos terrestres realizados ao longo dos últimos 30 anos, sempre observadas as partículas menores do que o necessário para produzir a energia irradiada pelo sol. Uma solução possível é a oscilação, isto é. E. A transformação de neutrinos electrões para MUON ou tau durante a viagem à Terra. Então, quanto mais difícil de medir múon baixa energia ou neutrinos do tau, este tipo de transformação que explicaria por que não vemos a quantidade certa de partículas na Terra.

Prêmio Nobel quarta

Prêmio Nobel de Física 2015 foi concedido a Takaaki Kaji e Arthur MacDonald para a detecção da massa do neutrino. Esta foi a quarta atribuição semelhante associada a medições experimentais de estas partículas. Alguém pode estar interessado na questão de por que devemos nos preocupar tanto sobre algo que pouco interagem com a matéria ordinária.

O fato de que podemos detectar essas partículas efêmeras, é um testemunho da engenhosidade humana. Como as regras da mecânica quântica, probabilísticos, sabemos que, apesar do fato de que quase todos os neutrinos passam através da Terra, alguns deles vão interagir com ele. O detector é capaz de tamanho suficientemente grande é registado.

O primeiro tal dispositivo foi construído na década de sessenta, no fundo de uma mina na Dakota do Sul. O eixo foi enchido em 400.000. G fluido de limpeza. Em média neutrino uma partícula interage diariamente com um átomo de cloro, convertendo-o em atmosfera de árgon. Incrivelmente, Raymond Davis, que foi responsável pelo detector, inventou um método para a detecção de vários átomos de argônio, e quatro décadas depois, em 2002, para este feito de engenharia incrível, ele foi agraciado com o Prêmio Nobel.

nova astronomia

Porque neutrinos interagem muito fracamente, eles podem viajar grandes distâncias. Eles nos dão um vislumbre dos locais que de outra forma nunca teria visto. Neutrinos detectados Davis, formado como resultado de reações nucleares que ocorreram no coração do sol, e foram capazes de deixar este assento incrivelmente denso e quente, apenas porque eles não interagem com outras matérias. Você pode até mesmo detectar neutrinos emitidos a partir do centro de uma estrela que explodiu a uma distância de mais de cem mil anos-luz da Terra.

Além disso, estas partículas tornam possível observar o universo em sua escala muito pequena, muito menor do que aqueles em que pode olhar para o Large Hadron Collider, em Genebra, descobriu o bóson de Higgs. É por esta razão que o Comité Nobel decidiu atribuir o Prémio Nobel pela descoberta do neutrino de outro tipo.

misteriosa escassez

Quando Ray Davis observado neutrinos solares, ele encontrou apenas um terço da quantidade esperada. A maioria dos físicos acreditam que a razão para isso é o pouco conhecimento da astrofísica do Sol: talvez brilhou modelo subsolo superestimado a quantidade produzida em seu neutrino. Não obstante, por muitos anos, mesmo depois que os modelos solares têm melhorado, o déficit permaneceu. Os físicos têm prestado atenção a outra possibilidade: o problema pode estar relacionado com a nossa percepção dessas partículas. De acordo com a teoria, então prevaleceu eles não têm o peso. Mas alguns físicos têm argumentado que, de facto, as partículas têm uma massa infinitesimal, e esta massa foi a razão para a sua falta.

partícula de três faces

De acordo com a teoria de oscilações de neutrinos, na natureza, existem três tipos diferentes deles. Se uma partícula tem uma massa, que à medida que ele se move, pode passar de um tipo para outro. Três tipos – elétrons, múons e tau – na interacção com a substância pode ser convertido para a correspondente partícula carregada (electrões e tau de muões leptones). "Oscilação" é devido à mecânica quântica. neutrino não é constante. Ele muda ao longo do tempo. Neutrinos, que começou sua existência como um e-mail, pode se transformar em um múon, e depois de volta. Assim, uma partícula, formada no núcleo do sol, no caminho para a terra pode ser periodicamente convertidas em neutrinos muões e vice-versa. Desde detector Davis poderia detectar apenas elétron-neutrinos, o que poderia levar a uma transmutação de cloro na argônio, parecia possível que o neutrino faltando transformada em outros tipos. (Acontece que os neutrinos oscilam dentro da Sun, e não no caminho para a Terra).

O experimento canadense

A única maneira de testar isso era criar um detector que funcionou para todos os três tipos de neutrinos. A partir dos anos 90 Arthur McDonald, da Universidade Queen, em Ontário, ele liderou a equipe, que é realizada em uma mina em Sudbury, Ontário. Instalação contém toneladas de água pesada, forneceu um empréstimo pelo Governo do Canadá. A água pesada é raro, mas a forma de ocorrência natural de água, em que o hidrogénio que contém um protão é substituído pelo seu isótopo mais pesado de deutério, o qual compreende um protão e um neutrão. governo canadense estocado água pesada, m. K. Ele é usado como um refrigerante em um reator nuclear. Todos os três tipos de neutrinos poderia destruir o deutério para formar prótons e nêutrons, os nêutrons e depois contados. Detector registrou cerca de três vezes o número em comparação com Davis – exatamente a quantia que melhor previu os modelos Sun. Isto sugere que os electrões neutrinos pode oscilar em seus outros tipos.

experimento japonês

Na mesma época, Takaaki Kadzita da Universidade de Tóquio realizou outro experimento notável. Um detector montado no eixo no Japão registrou neutrinos vindo não do interior do sol e da atmosfera superior. Em colisões de protões de raios cósmicos com a atmosfera são formados chuveiros de outras partículas, incluindo neutrinos muões. Na mina eles são convertidos em núcleos de hidrogénio em muões. Detector Kadzity podia ver partículas vindo em duas direções. Alguns caíram de cima, vindo da atmosfera, enquanto outros estão se movendo a partir do fundo. O número de partículas era diferente, que falou sobre a sua natureza diferente – eles estavam em diferentes pontos do seu ciclo oscilatório.

Revolução na Ciência

É todas as oscilações exóticos e surpreendentes, mas por neutrino ea massa atrair tanta atenção? A razão é simples. No modelo padrão da física de partículas elementares, desenvolvido ao longo dos últimos cinqüenta anos do século XX, que descreve corretamente todas as outras observações em aceleradores e outros experimentos, os neutrinos eram para ser sem massa. A descoberta da massa do neutrino indica que algo está faltando. O Modelo Padrão não está completa. Faltam elementos ainda a ser descoberto – com a ajuda do Large Hadron Collider ou de outro, ainda não foi criado máquina virtual.