Нейтрино
| нейтрино | |
| склад: | елементарна частинка |
|---|---|
| родина: | ферміон |
| група: | Лептон |
| покоління: | три покоління: електронне, мюонне, таонне |
| взаємодії: | слабка, гравітаційна |
| частинка: | нейтрино |
| античастинка: | антинейтрино |
| передбачена: | 1930, Вольфганг Паулі |
| Відкрита: | 1956, Клайд Кован, Фредерік Рейнз, Ф.Б. Гаррісон, Г.В. Крузе та А.Д. Макґваєр |
| символ: | ν |
| Число типів: | 3 |
| Маса: | дискутується |
| Електричний заряд: | 0 |
| спін: | 1/2 |
Нейтри́но — стабільні нейтральні лептони з напівцілим спіном, що беруть участь тільки в слабкій і гравітаційній взаємодіях. Надзвичайно слабо взаємодіють з речовиною: нейтрино з енергією 1 МеВ мають в свинці довжину вільного пробігу ~ 1020 см (~ 100 світлових років).
Нейтрино - стабільна електрично нейтральна елементарна частинка, маса якої близька до нуля. Вона належить до групи лептонів. Швидкість руху нейтрино близька до швидкості світла. Розрізняють нейтрино електронне, мюонне і τ-лептонне нейтрино. Нейтрино і відповідні їм антинейтрино беруть участь тільки у слабких та гравітаційних взаємодіях. Вони відіграють велику роль у перетвореннях елементарних частинок, у глобальних космогонічних процесах.
Зміст |
Властивості нейтрино [ред.]
Кожному зарядженому лептону відповідає своя пара нейтрино/антинейтрино:
- електронне нейтрино/антинейтрино
- мюонне нейтрино/антинейтрино
- тау-нейтрино/антинейтрино
Маса нейтрино вкрай мала у порівнянні із іншими елементарними частинками. Останні експериментальні оцінки (на травень 2012 р.), отримані в ході роботи австралійської колаборації WiggleZ на Англо-австралійському телескопі засвідчують, що верхня межа маси для усіх ароматів нейтрино становить всього 0,29 еВ [1].
Маса нейтрино важлива для пояснення феномену прихованої маси в космології, оскільки, незважаючи на її мале значення, концентрація нейтрино у Всесвіті достатньо висока, щоб істотно вплинути на середню густину речовини.
Якщо нейтрино мають ненульову масу, то різні види нейтрино можуть перетворюватися один в одного. Це так звані осциляції нейтрино, на користь яких свідчать спостереження сонячних нейтрино, кутової анізотропії атмосферних нейтрино, а також проведені на початку цього століття експерименти з реакторними (див. KamLAND) і прискорювальними нейтрино. Крім того, існування осциляцій нейтрино, ймовірно, напряму підтверджено експериментами в Садбері. Підтвердження осциляцій нейтрино вимагатиме внесення змін в Стандартну Модель.
Спіральність [ред.]
Нейтрино має спін 1/2. Проте експериментально детектуються тільки нейтрино з певною спіральністю, тобто тільки нейтрино з однією проекцією спіну на напрямок руху, який задається імпульсом. Нейтрино мають ліву спіральність, антинейтрино - праву спіральність. Ліва спіральність нейтрино означає те, що його спін направлений протилежно до імпульсу.
Історія відкриття [ред.]
Однією з основних проблем в ядерній фізиці 20-30х років ХХ століття була проблема бета-розпаду: спектр електронів, що утворюються при β-розпаді, виміряний англійським фізиком Джеймсом Чедвіком ще в 1914 р. має неперервний характер, тобто, з ядра вилітають електрони із найрізноманітнішими енергіями.
Розвиток квантової механіки в 20-х роках призвів до розуміння дискретності енергетичних рівнів в атомному ядрі: це припущення було висловлене австрійським фізиком Лізою Мейтнер у 1922. Тобто спектр частинок, що вилітають при розпаді ядра повинен бути дискретним, і показувати енергії, рівні різницям енергій рівнів, між якими при розпаді відбувається перехід. Таким, наприклад, є спектр альфа-частинок при альфа-розпаді.
Таким чином, неперервність спектру електронів β-розпаду ставила під сумнів закон збереження енергії. Питання стояло настільки гостро, що в 1931 р. знаменитий датський фізик Нільс Бор на Римській конференції виступив з ідеєю про незбереження енергії. Проте було і інше пояснення — втрачену енергію відносить якась невідома і непомітна частинка.
Гіпотезу про існування частинки, яка надзвичайно слабо взаємодіє з речовиною, висунув 4 грудня 1930 Паулі — не в статті, а в неформальному листі учасникам фізичної конференції в Тюбінгені:
- ...маючи на увазі ... неперервний β-спектр, я зробив відчайдушну спробу врятувати «обмінну статистику» і закон збереження енергії. А саме, є можливість того, що в ядрах існують електрично нейтральні частинки, які я називатиму «нейтронами» і які мають спін 1/2. Маса «нейтрона» за порядком величини повинна бути порівнянною з масою електрона і в усякому разі не більше від 0,01 маси протона. Неперервний β-спектр тоді став би зрозумілим, якщо припустити, що при β-розпаді разом з електроном вилітає ще й «нейтрон» таким чином, що сума енергій «нейтрона» і електрона залишається сталою.
- Я визнаю, що такий вихід може здатися на перший погляд маловірогідним. Проте не ризикнувши, не виграєш; серйозність положення з безперервним β-спектром добре проілюстрував мій поважний попередник пан Дебай, який недавно заявив мені в Брюселі: «Про ... це краще не думати зовсім, як про нові податки».
- («Відкритий лист групі радіоактивних, що зібралися в Тюбінгені», цит. за М. П. Рекало, Нейтрино.)
Згодом нейтроном була названа, як виявилося, інша елементарна частинка.
На Сольвеївському Конгресі 1933 р. в Брюселі Паулі виступив з рефератом про механізм β-розпаду з участю легкої нейтральної частинки зі спіном 1/2, в якому, з посиланням на пропозицію Фермі, назвав гіпотетичну частинку «нейтрино». Цей виступ був фактично першою офіційною публікацією, присвяченою нейтрино.
Див. також [ред.]
- Охолодження нейтрино
- Бета-розпад
- Прихована маса
- IceCube — нейтринна обсерваторія.
Примітки [ред.]
