CC BY
51
Секция
«КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ»
УДК 539.1
МАССА НЕЙТРИНО
Л. С. Захаров Научный руководитель - А. А. Снежко
Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение «Лицей № 11» Российская Федерация, 660025, г. Красноярск, ул. Вавилова, 37 E-mail: [email protected]
Рассмотрены этапы открытия нейтрино. Наблюдение осцилляции, которое позволило доказать наличие массы нейтрино, а также обнаружить три его разновидности, исследование масс которых позволит измерить полную массу вселенной.
Ключевые слова: бета-распад, масса нейтрино, осцилляций нейтрино, масса Вселенной
MASS OF THE NEUTRINO
L. S. Zakharov Scientific Supervisor - A. A. Snezhko
Municipal autonomous general educational institution «Liceum №11» 37, Vavilova st., Krasnoyarsk 660025, Russian Federation E-mail: [email protected]
Were examined stages of neutrino discovering. Observation of oscillations, that allowed to prove mass of the neutrino availability, and also to detect three sorts of it, the research of the masses of which will make it possible to calculate the total mass of the universe.
Keywords: beta-decay, mass of the neutrino, neutrino oscillation, mass of the universe.
Когда физики изучали явление бета-распада, то обнаружили, что спектр испускаемых электронов был не дискретным, как предсказывалось законом сохранения энергии, а непрерывным. То есть часть энергии электрона куда - то исчезала и таким образом закон сохранения энергии как бы нарушался. Нильс Бор даже предположил, что, возможно, при бета-распаде ядер закон сохранения энергии нарушается. Однако физики скептически отнеслись к этой идее и пытались найти другое объяснение причины исчезновения энергии.
В 1932 г. австрийский физик Вольфганг Эрнст Паули предсказал существование в процессе бета распада ещё одной частицы, не имеющей ни массы, ни заряда и уносящей недостающую энергию. Итальянский физик Э. Ферми, построивший затем теорию бета-распада, предложил называть эту частицу нейтрино - маленький нейтрон. Однако зарегистрировать нейтрино оказалось невозможным, так как эта частица свободно, без каких-либо взаимодействий, могла проникать через огромные толщи пространства, не взаимодействуя с ней.
Потребовалось почти 25 лет после предсказания Паули, чтобы эта необычайная частица была обнаружена. Существование нейтрино впервые было подтверждено американскими физиками Коуэном и Райнис в 1956 г. Нейтрино - «неуловимая» частица и её регистрируют косвенным путём. Обычно детектор помещают глубоко под Землёй на 1500 метров, чтобы исключить влияние различных факторов, и заполняют его, например, хлором в количестве 400000 литров.
Секция «Концепции современного естествознания»
Солнечные нейтрино в очень редких случаях (одно/два нейтрино в день) могут превратить хлор в радиоактивный аргон, который можно зарегистрировать, потому что он излучает фотоны [1].
Позднее две исследовательские группы: «Супер-Камиоканде» под руководством Т. Кадзи-ты и Нейтринная обсерватория в Садбери (Канада) под руководством А. Макдональда - независимо друг от друга открыли явления осцилляции нейтрино - процесс, в ходе которого элементарные частицы нейтрино переходят из одного состояния в другое. Нейтрино бывают трех разновидностей - электронное (ve), мюонное (vu) и тау-нейтрино (vT) между этими разновидностями происходят превращения. Следствием такого процесса является то, что нейтрино должны обладать массой, а это в свою очередь, нарушает стандартную модель физики элементарных частиц, а именно совокупность предположений и утверждений о физике частиц, которая до этого открытия считалась исчерпывающей. Когда нейтрино путешествуют сквозь космос, квантово-механические флуктуации меняют их состояния с электронного на мюонное или таонное. Группа Кадзиты проследила, как проходят осцилляцию атмосферные нейтрино, а группа Макдональда выяснила, что нейтрино, летящие от Солнца, не исчезают на подлете к Земле, а просто меняют свои состояния.
Нейтрино определенного сорта, например, электронное, не имеет фиксированной массы. Оно является суперпозицией нейтринных состояний с определенными, и причем разными, массами: У], v2, v3. Мюонное нейтрино - это тоже квантовая суперпозиция тех же Vj, v2, и v3, но только это уже другая суперпозиция. Возникать в реакциях с элементарными частицами могут нейтрино определенного сорта, а распространяться в пространстве могут нейтрино определенной массы. Когда рождается чистое электронное нейтрино, три его массовых компонента очень четко синхронизированы друг с другом. Но по мере движения эта балансировка сбивается, и чистое электронное нейтрино приобретает некоторую долю «мюонности». Всё это - чистый квантовый и демонстрация квантовой механики на километровых масштабах [2].
Описанная выше разбалансировка может происходить, только если три состояния v}, v2, и v3 имеют разную пространственную периодичность, а значит, разную массу. Поэтому экспериментальное наблюдение осцилляций - это доказательство того, что у нейтрино есть массы и что эти массы разные. Ну а измерение интенсивности осцилляций и их периодичности позволяет извлечь разности масс и параметры смешивания нейтрино. Новые эксперименты позволили им определить массу нейтрино, которая меньше 0,28 эВ.
Это открытие является фундаментальным, так как меняет баланс масс во Вселенной. От массы нейтрино зависят оценки массы нашей Вселенной. Информация о точном значении массы нейтрино важна для объяснения скрытой массы Вселенной и несмотря на её малость, их концентрация во Вселенной огромна и это может существенно повлиять на её полную массу.
Благодаря ненулевой массе нейтрино физики ищут выход за пределы стандартной модели, а нейтринные исследования приближают их к созданию «новой физики» и новому пониманию процессов внутри нашего мира.
Библиографические ссылки
1. Нобелевская Премия по Физике 2015 или как физики определили массу нейтрино [Электронный ресурс]. URL:http://kontinentusa.com/nobel-prize-2015-physics/ (Дата обращения 07.04.2017).
2. Нобелевская премия по физике - 2015 [Электронный ресурс]. URL: http:// elementy.ru/ novosti_nauki/432589/Nobelevskaya_premiya_po_fizike_2015 (Дата обращения 08.04.2017).
© Захаров Л. С., 2017
