Neutrino partikel: harti, sipat, pedaran hiji. osilasi neutrino - eta ...

Neutrino - hiji partikel dasar anu pohara sarupa éléktron, tapi teu boga muatan listrik. Mibanda massa leutik pisan, anu malah bisa jadi nol. Ti massa neutrino gumantung laju. Beda dina wanci datangna jeung beam partikel nyaéta 0,0006% (± 0,0012%). Dina taun 2011, éta didirikan dina mangsa percobaan opera nu laju ngaleuwihan laju neutrinos lampu, tapi bebas tina pangalaman ieu geus henteu dikonfirmasi.

The hese dihartikeun partikel

Ieu salah sahiji partikel paling umum di jagad raya. Kusabab eta dilibetkeun pisan saeutik kalayan materi, éta incredibly hésé ngadeteksi. Éléktron na neutrinos teu ilubiung dina gaya nuklir kuat, tapi disarengan ilubiung dina lemah. Partikel mibanda sipat sapertos disebut leptons. Salian éléktron (positron sarta antiparticle), disebut leptons muon nu boga muatan (200 massa éléktron), tau (3500 massa éléktron), sarta antiparticle maranéhanana. Sabab nu disebut: éléktron, muon na neutrinos tau. Tiap di antarana boga komponén antimaterial, disebut hiji antineutrino.

Muon na tau, kawas hiji éléktron, gaduh partikel dibéré bareng. Ieu muon na tau neutrinos. Tilu jenis partikel béda ti unggal lianna. Contona, nalika neutrinos muon berinteraksi sareng udagan, maranéhna salawasna ngahasilkeun muons na pernah tau atanapi éléktron. Dina réaksi partikel, najan éléktron na neutrinos éléktron nu dijieun na ancur, jumlah maranéhanana tetep unchanged. Kanyataan ieu jadi marga pikeun hiji leptons separation kana tilu jenis, nu masing-masing mibanda a leptons muatan na neutrino dibéré bareng.

Pikeun ngadeteksi partikel ieu diperlukeun hiji detéktor kacida gedéna sarta pohara sénsitip. Salaku aturan, kalawan neutrinos énergi low bakal ngarambat salila sababaraha taun lampu jeung interaksi jeung zat. Akibatna, sakabeh percobaan taneuh sareng maranehna ngandelkeun ukuran fraksi leutik nu dilibetkeun ku registrars ukuranana lumrah. Contona, dina hiji neutrino observatorium Sudbury, ngandung 1,000 ton cai beurat pas ngaliwatan detektor ngeunaan 1012 neutrinos surya per detik. Sarta kapanggih ukur 30 per poé.

Sajarah kapanggihna

Wolfgang Pauli munggaran postulated ayana partikel dina 1930. Dina waktu éta, aya masalah, sabab seemed yén énergi jeung moméntum sudut teu disimpen di buruk béta. Tapi Pauli adzab kaluar yén lamun aya teu dipancarkeun neutrinos interacting partikel nétral, anu hukum konservasi énergi bakal ditalungtik. fisikawan Italia Enrico Fermi dina 1934 dikembangkeun téori buruk béta, jeung masihan dirina nami partikel nu.

Sanajan sagala prediksi keur 20 taun, neutrinos teu bisa ditandaan sacara ékspériméntal alatan na interaksi lemah jeung jirim. Kusabab partikel nu boga muatan listrik, aranjeunna teu meta gaya éléktromagnétik, sarta, ku kituna, aranjeunna teu ngakibatkeun ionisasi tina zat. Sajaba ti, aranjeunna meta jeung zat hijina ngaliwatan interaksi lemah slight gaya. Kituna, aranjeunna partikel subatomik paling penetrating sanggup ngaliwatan sababaraha badag atom tanpa ngabalukarkeun réaksi nanaon. Ngan 1 nepi ka 10 miliar partikel ieu iinditan ngaliwatan lawon ku jarak sarua jeung diaméter Bumi, meta kalawan proton atawa neutron.

Tungtungna, dina 1956 grup fisika Amérika, dipingpin ku Frederick Reines dilaporkeun ka kapanggihna tina antineutrino éléktron. Dina percobaan eta antineutrinos réaktor nuklir radiated, ngaréaksikeun kalawan proton, ngabentuk neutron jeung positrons. Unik (jeung jarang) tanda tangan énergi kiwari dimungkinkeun ku-produk éta bukti ayana partikel nu.

Muka muatan leptons muons ieu titik awal pikeun idéntifikasi saterusna tina tipe neutrinos kadua - muon. idéntifikasi maranéhanana ieu dilumangsungkeun dina 1962 dina dasar hasil tina percobaan dina akselerator partikel. -Énergi tinggi neutrinos muons buruk dibentuk ku pi-mesons sarta diarahkeun ka detektor supados ieu mungkin nalungtik réaksi maranéhanana jeung zat. Najan kanyataan yén aranjeunna non-réaktif, kitu ogé jenis séjén partikel, éta ieu kapanggih yén dina kasus nu jarang dipake nalika aranjeunna meta jeung proton atawa neutron, muons, muons neutrinos, tapi pernah éléktron. Dina 1998, fisikawan Amérika Leon Lederman, Melvin Schwartz na Dzhek Shteynberger anu dileler Hadiah Nobel dina fisika pikeun idéntifikasi of muon-neutrinos.

Dina pertengahan 1970-an, anu neutrino fisika massana jenis sejen tina leptons muatan - tau. Tau-neutrino na tau-antineutrinos anu pakait sareng lepton muatan katilu ieu. Dina 2000, fisikawan di Laboratorium akselerator Nasional. Enrico Fermi dilaporkeun bukti eksperimen munggaran ngeunaan ayana jenis ieu partikel.

beurat

Sakabeh tipe neutrinos gaduh massa, anu loba kirang ti nu ti mitra maranéhanana boga muatan. Contona, percobaan némbongkeun yén massa éléktron-neutrino kedah janten kirang ti 0,002% tina massa éléktron jeung jumlah beurat ti tilu variétas kedah kirang ti 0,48 EV. Pamikiran salila sababaraha taun yén massa partikel nyaeta nol, sanajan aya euweuh bukti teoritis compelling, naha kudu cara éta. Saterusna, dina taun 2002, di Observatorium Sudbury Neutrino dicandak bukti langsung munggaran nu éléktron neutrinos dipancarkeun ku réaksi nuklir dina inti panonpoé, salami aranjeunna nembus eta, ngarobah tipe na. Misalna "osilasi" neutrino mungkin lamun salah sahiji atawa leuwih tina partikel mibanda massa leutik. studi maranéhanana interaksi sinar kosmik di atmosfir Bumi ogé nunjukkeun ayana massa, tapi percobaan satuluyna anu diperlukeun pikeun leuwih akurat nangtukeun eta.

sumber

sumber alami neutrinos - a buruk radioaktif unsur jeroeun bumi, anu geus dipancarkeun dina aliran badag tina low-énergi éléktron-antineutrino. Supernovae oge advantageously neutrino fenomena, saprak partikel ieu ngan bisa nembus bahan hyperdense kabentuk dina béntang ambruk; mung bagian leutik tina énergi ieu dirobah jadi lampu. Itungan nembongkeun yen ngeunaan 2% tina tanaga surya - nu neutrinos énergi ngadeg taun réaksi térmonuklir fusi. Eta kamungkinan yén kalolobaan zat poék alam semesta ieu diwangun ti neutrinos dihasilkeun salila Bigbang.

masalah fisika

Wewengkon nu patali jeung neutrino Arsitéktur, sarta rupa-rupa tur gancang ngembang. isu ayeuna anu mikat angka nu gede ngarupakeun usaha eksperimen na teoritis, di handap:

• Naon anu beurat neutrino béda?
• Kumaha aranjeunna mangaruhan kosmologi, Big Bang?
• aranjeunna oscillate?
• Tiasa salah sahiji jenis neutrino kabukti kana sejen sabab ngarambat ngaliwatan zat sarta spasi?
• Dupi neutrinos fundamentally béda ti antiparticles maranéhanana?
• Kumaha Béntang ambruk pikeun ngabentuk supernova a?
• Naon peran neutrinos dina kosmologi?

Salah sahiji masalah longstanding dipikaresep tinangtu nyaéta nu disebut masalah neutrino surya. Ngaran ieu nujul kana kanyataan yén salila sababaraha percobaan terestrial dipigawé ngaliwatan 30 taun katukang, terus ditempo partikel leutik batan diperlukeun pikeun ngahasilkeun énergi radiated ku panonpoé. Hiji leyuran mungkin nyaeta osilasi éta, nyaéta. E. The transformasi neutrinos éléktron kana muon atanapi tau salila lalampahan ka Bumi. Jadi sabaraha langkung hésé ngukur muon low-énergi atawa tau neutrinos, jenis ieu transformasi bakal ngajelaskeun naha urang teu ningali jumlah katuhu partikel di Bumi.

Kaopat Hadiah Nobel

Hadiah Nobel widang Fisika 2015 dileler ka Takaaki Kaji na Arthur MacDonald keur beungeut massa neutrino. Ieu pangajén sarupa kaopat pakait sareng ukuran eksperimen partikel ieu. Batur bisa jadi kabetot dina sual naha kedah urang jaga jadi loba ngeunaan hal éta bieu berinteraksi sareng urusan biasa.

Kanyataan yén urang tiasa ngadeteksi ieu partikel ephemeral, nyaéta surat wasiat keur kapinteran manusa. Kusabab aturan mékanika kuantum, probabilistik, urang nyaho yen, sanajan kanyataan yén ampir sakabéh neutrinos nembus Bumi, sawatara di antarana baris berinteraksi sareng eta. detektor nu sanggup sahingga ukuranana badag anu didaptarkeun.

Alat sapertos munggaran diwangun dina sixties, jero dina milik di Selatan Dakota. aci ieu kaeusi dina 400 sarébu. cairan L beberesih. Rata-rata neutrino hiji partikel poean dilibetkeun ku hiji atom klorin, ngarobah kana argon. Incredibly, Raymond Sadikin, anu éta jawab detektor teh, nimukeun metoda pikeun beungeut sababaraha atom argon, sarta opat puluh engké, dina taun 2002, keur rékayasa Sunda endah kieu anjeunna dileler Hadiah Nobel.

astronomi anyar

Kusabab neutrinos interaksi sangkan mawa sipat basa lemah, aranjeunna bisa ngarambat jarak hébat. Aranjeunna masihan kami a glimpse kana tempat nu disebutkeun urang pernah bakal geus katempo. Neutrinos kauninga Sadikin, dibentuk salaku hasil tina réaksi nuklir anu lumangsung dina haté panonpoé, sarta éta bisa ninggalkeun ieu korsi incredibly padet tur panas ngan sabab teu berinteraksi sareng masalah séjén. Anjeun malah bisa ngadeteksi neutrinos dipancarkeun ti puseur hiji béntang exploded dina jarak leuwih ti saratus sarébu lampu-taun ti Bumi.

Sajaba ti éta, partikel ieu nyieun mungkin pikeun niténan alam semesta dina skala leutik pisan anak, leuwih leutik ti eta nu bisa ngungkaban kana Hadron Collider ageung di Jenéwa, manggihan Higgs boson. Ieu kanggo alesan ieu yén Komite Nobel mutuskeun pikeun pangajén Hadiah Nobel pikeun kapanggihna tina neutrino sahiji jenis séjén.

kakurangan misterius

Nalika Ray Sadikin katalungtik neutrinos solar, manéhna manggihan ngan sapertilu tina kuantitas harepan. Kalolobaan fisikawan yakin yén alesan pikeun ieu pangaweruh goréng tina Arsitéktur tina Sun: sugan shone modél subsoil overestimated jumlah dihasilkeun dina neutrino na. Tapi, salila sababaraha taun, komo sanggeus jaman model surya geus ningkat, deficit tetep. Fisika geus dibayar perhatian ka kamungkinan sejen: masalah bisa patali jeung persépsi urang partikel ieu. Numutkeun teori, teras prevailed maranéhna teu mibanda beurat. Tapi sababaraha fisika geus pamadegan yén dina kanyataan partikel mibanda hiji massa infinitesimal, sarta massa ieu alesan for urangna maranéhanana.

Tilu-Nyanghareupan partikel

Numutkeun téori osilasi neutrino, dina alam, aya tilu jenis béda di antarana. Lamun partikel anu boga massa hiji, éta salaku eta ngalir eta tiasa lulus tina hiji jenis ka nu sejen. Tilu jenis - éléktron, muons na tau - dina interaksi jeung zat bisa dirobah jadi partikel boga muatan pakait (éléktron na muon tau leptons). "Osilasi" téh alatan mékanika kuantum. tipe neutrino teu konstan. Ieu robah kana waktu. Neutrinos, nu mimiti ayana salaku hiji e-mail, tiasa ngahurungkeun kana muon a, lajeng deui. Ku kituna, hiji partikel, dibentuk dina inti panonpoé, dina jalan ka Bumi bisa périodik dirobah jadi neutrinos muon sabalikna. Kusabab Sadikin detektor bisa ngadeteksi ukur éléktron-neutrinos, anu bisa ngakibatkeun hiji transmutation nuklir klorin di argon, éta seemed mungkin yén neutrino leungit robah jadi jenis séjén. (Tétéla yén neutrinos oscillate jero Sun, sarta henteu dina jalan ka Bumi).

The percobaan Kanada

Hiji-hijina jalan pikeun nguji ieu nyieun detektor nu digawé pikeun sakabéh tilu tipe neutrinos. Dimimitian ti 90an Arthur McDonald of Universitas Ratu di Ontario, anjeunna mingpin tim, anu dilumangsungkeun dina milik di Sudbury, Ontario. Instalasi ngandung ton cai beurat, disadiakeun injeuman ku Pamaréntah Kanada. cai beurat téh langka, tapi bentuk kajadian sacara alami tina cai, wherein hidrogén ngandung hiji proton diganti ku deuterium isotop heavier na, nu ngandung hiji proton jeung nétron a. pamaréntah Kanada stockpiled cai beurat, m. K. Hal ieu dipaké salaku coolant dina réaktor nuklir. Katiluna tipe neutrinos bisa ngancurkeun deuterium pikeun ngabentuk proton jeung neutron, anu neutron lajeng diitung. Detektor didaptarkeun ngeunaan tilu kali jumlahna dibandingkeun sareng Sadikin - persis jumlah anu pangalusna diprediksi model Sun. Ieu nunjukkeun yén éléktron-neutrinos tiasa oscillate dina jenis séjén na.

percobaan Jepang

Sabudeureun waktu nu sarua, Takaaki Kadzita ti Universitas Tokyo anu dilakukeun percobaan anu luar biasa sejen. A detektor dipasang dina aci di Jepang dirékam neutrinos datang moal ti pedalaman panonpoé, sarta ti atmosfir luhur. Dina collisions proton tina sinar kosmik kalawan atmosfir kabentuk pancuran partikel lianna, kaasup neutrinos muon. Dina milik maranéhanana anu dirobah jadi inti hidrogén dina muons. Detektor Kadzity bisa ningali partikel datang dina dua arah. Sababaraha murag tina luhur, datang ti atmosfir, bari batur anu pindah ti handap. Jumlah partikel éta béda, éta spoke ngeunaan alam maranéhanana béda - maranéhanana éta dina titik béda dina siklus oscillatory na.

Revolusi di Élmu

Ieu kabeh osilasi aheng tur heran, tapi naha neutrino jeung massa mikat pisan perhatian? alesan nu geus basajan. Dina modél baku dina fisika partikel dasar, dimekarkeun ngaliwatan lima puluh taun panungtungan abad ka nu neuleu ngajelaskeun sakabeh observasi lianna di accelerators jeung percobaan sejen, neutrinos éta janten massless. Kapanggihna massa neutrino nunjukkeun yén hal ieu leungit. The Standar Modél teu lengkep. elemen acan bisa kapanggih leungit - jeung pitulung tina ageung Hadron Collider atawa lianna, geus henteu acan dijieun mesin virtual.