อนุภาคนิวตริโน: นิยามคุณสมบัติคำอธิบาย แนบแน่นนิวตริโน - มัน ...

นิวตริโน - อนุภาคประถมศึกษาที่มีความคล้ายกันมากกับอิเล็กตรอน แต่มันไม่มีค่าใช้จ่ายไฟฟ้า มันมีมวลขนาดเล็กมากซึ่งอาจจะเป็นศูนย์ จากมวลของนิวตริโนขึ้นอยู่กับความเร็ว ความแตกต่างในเวลาของการเดินทางมาถึงและลำแสงอนุภาคเป็น 0,0006% (± 0,0012%) ในปี 2011 มันถูกก่อตั้งขึ้นระหว่างการทดลอง OPERA ที่ความเร็วสูงกว่าความเร็วของนิวตริโนแสง แต่เป็นอิสระจากประสบการณ์นี้ยังไม่ได้รับการยืนยัน

อนุภาคที่เข้าใจยาก

นี้เป็นหนึ่งในอนุภาคที่พบมากที่สุดในจักรวาล เพราะมันมีการโต้ตอบน้อยมากกับเรื่องมันเป็นเรื่องยากที่จะตรวจสอบอย่างไม่น่าเชื่อ อิเล็กตรอนและนิวตริโนไม่ได้มีส่วนร่วมในแรงนิวเคลียร์ที่แข็งแกร่ง แต่อย่างเท่าเทียมกันมีส่วนร่วมในผู้ที่อ่อนแอ อนุภาคที่มีคุณสมบัติดังกล่าวจะเรียกว่า leptons นอกเหนือไปจากอิเล็กตรอน (โพซิตรอนและปฏิปักษ์) หมายถึงการเรียกเก็บเงิน leptons muon (200 มวลอิเล็กตรอน) เอกภาพ (3500 มวลของอิเล็กตรอน) และปฏิปักษ์ของพวกเขา พวกเขาจะเรียกว่า: อิเล็กตรอน muon และเอกภาพนิวตริโน แต่ละคนมีองค์ประกอบ antimaterial เรียกว่า antineutrino

Muon และเอกภาพเช่นอิเล็กตรอนมีอนุภาคประกอบ มัน muon และเอกภาพนิวตริโน สามประเภทของอนุภาคที่แตกต่างจากคนอื่น ๆ ตัวอย่างเช่นเมื่อ neutrinos muon โต้ตอบกับเป้าหมายที่พวกเขามักจะผลิตมิวออนและไม่เคยเอกภาพหรืออิเล็กตรอน ในการทำปฏิกิริยาของอนุภาคแม้ว่าอิเล็กตรอนและนิวตริโนอิเล็กตรอนมีการสร้างและทำลายผลรวมของพวกเขายังคงไม่เปลี่ยนแปลง ความจริงเรื่องนี้นำไปสู่การ leptons แยกออกเป็นสามประเภทซึ่งแต่ละครอบครอง leptons เรียกเก็บเงินและนิวตริโนประกอบ

เพื่อตรวจหาอนุภาคนี้ต้องมีการตรวจจับที่มีขนาดใหญ่มากและมีความไวสูง เป็นกฎที่มีนิวตริโนที่ใช้พลังงานต่ำจะเดินทางสำหรับปีแสงจำนวนมากที่จะมีปฏิสัมพันธ์กับเรื่อง ดังนั้นทุกการทดลองพื้นดินกับพวกเขาพึ่งพาการวัดส่วนเล็ก ๆ ที่ติดต่อกับผู้รับจดทะเบียนขนาดที่เหมาะสม ยกตัวอย่างเช่นในหอดูดาวนิวตริโนเบอรีที่มี 1,000 ตันหนักน้ำผ่านเครื่องตรวจจับประมาณ 1,012 นิวตริโนแสงอาทิตย์ต่อวินาที และพบว่ามีเพียง 30 ต่อวัน

ประวัติความเป็นมาของการค้นพบ

โวล์ฟกังเพาลีแรกตั้งสมมติฐานการดำรงอยู่ของอนุภาคในปี 1930 ในขณะที่มีปัญหาเพราะมันดูเหมือนว่าพลังงานและโมเมนตัมเชิงมุมจะไม่เก็บไว้ในการสลายตัวเบต้า แต่ Pauli ชี้ให้เห็นว่าถ้ามีไม่ได้ปล่อยออกมานิวตริโนมีปฏิสัมพันธ์อนุภาคเป็นกลาง กฎหมายการอนุรักษ์พลังงาน จะสังเกต อิตาลีฟิสิกส์เอนรีโกเฟอร์มีในปี 1934 ได้พัฒนาทฤษฎีของเบต้าสลายและทำให้เธอชื่อของอนุภาค

แม้จะมีการคาดการณ์ทั้งหมดเป็นเวลา 20 ปีที่ผ่านมานิวตริโนไม่สามารถตรวจพบการทดลองเนื่องจาก อ่อนแอปฏิสัมพันธ์ กับเรื่อง เพราะอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าพวกเขาไม่ได้ทำหน้าที่กองกำลังไฟฟ้าและดังนั้นพวกเขาไม่ได้ก่อให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออนของสาร นอกจากนี้พวกเขาทำปฏิกิริยากับสารเพียงผ่านการมีปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอแรงเล็กน้อย ดังนั้นพวกเขาเป็นอนุภาคแหลมมากที่สุดความสามารถในการผ่านจำนวนมากของอะตอมโดยไม่ก่อให้เกิดปฏิกิริยาใด ๆ เพียง 1-10000000000 ของอนุภาคเหล่านี้เดินทางผ่านผ้าตามระยะทางเท่ากับเส้นผ่าศูนย์กลางของโลกที่ทำปฏิกิริยากับโปรตอนหรือนิวตรอน

ในที่สุดในปี 1956 กลุ่มของนักฟิสิกส์ชาวอเมริกันนำโดยเฟรเดอริกรเนส์รายงาน การค้นพบของ antineutrino อิเล็กตรอน ในการทดลองมัน antineutrinos เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แผ่ปฏิกิริยากับโปรตอนนิวตรอนและการขึ้นรูปโพสิตรอน ที่ไม่ซ้ำกัน (และหายาก) ลายเซ็นพลังงานหลังโดยผลิตภัณฑ์เป็นหลักฐานของการดำรงอยู่ของอนุภาค

เปิด leptons เรียกเก็บเงินมิวออนถูกจุดเริ่มต้นสำหรับบัตรประจำตัวตามมาของนิวตริโนประเภทที่สอง - muon บัตรประจำตัวของพวกเขาได้รับการดำเนินการในปี 1962 บนพื้นฐานของผลของการทดลองในเครื่องเร่งอนุภาค พลังงานสูงนิวตริโนมิวออนที่เกิดขึ้นจากการสลายตัวของปี่ซอนและกำกับการตรวจจับเพื่อให้มันเป็นไปได้ที่จะตรวจสอบปฏิกิริยาของพวกเขาที่มีสาร แม้จะมีความจริงที่ว่าพวกเขาจะไม่ทำปฏิกิริยาเช่นเดียวกับประเภทอื่น ๆ ของอนุภาคก็พบว่าในกรณีที่หายากเมื่อพวกเขาทำปฏิกิริยากับโปรตอนหรือนิวตรอนมิวออนมิวออนนิวตริโน แต่ไม่เคยอิเล็กตรอน ในปี 1998 นักฟิสิกส์ชาวอเมริกันลีออนเลเดอร์แมนเมลวินชวาร์ตซ์และ Dzhek Shteynberger ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำตัวประชาชนของ muon-นิวตริโน

ในช่วงกลางทศวรรษ 1970 นักฟิสิกส์นิวตริโนได้รับชนิดของ leptons คิดค่าบริการอื่น - เอกภาพ เอกภาพ-นิวตริโนและ tau-antineutrinos มีความสัมพันธ์กับ lepton เรียกเก็บสามนี้ ในปี 2000 นักฟิสิกส์ที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติเร่ง เอนรีโกเฟอร์มีรายงานหลักฐานการทดลองครั้งแรกของการดำรงอยู่ของประเภทของอนุภาคนี้

น้ำหนัก

ทุกประเภทของนิวตริโนมีมวลซึ่งมีมากน้อยกว่าของพันธมิตรของพวกเขาเรียกเก็บ ยกตัวอย่างเช่นการทดลองแสดงให้เห็นว่ามวลของอิเล็กตรอนนิวตริโนจะต้องน้อยกว่า 0.002% ของมวลของอิเล็กตรอนและผลรวมของมวลของทั้งสามสายพันธุ์ควรจะน้อยกว่า 0.48 eV คิดเป็นเวลาหลายปีที่มวลของอนุภาคเป็นศูนย์แม้จะไม่มีหลักฐานทางทฤษฎีที่น่าสนใจว่าทำไมมันควรจะเป็นวิธีการที่ จากนั้นในปี 2002 ที่หอดูดาวเบอรีนิวตริโนที่ได้รับหลักฐานโดยตรงแรกที่ปล่อยออกมาอิเล็กตรอนนิวตริโนโดยปฏิกิริยานิวเคลียร์ในแกนของดวงอาทิตย์ตราบใดที่พวกเขาผ่านมันเปลี่ยนชนิดของมัน ดังกล่าว "แนบแน่น" นิวตริโนที่เป็นไปได้หากหนึ่งหรือมากกว่าของอนุภาคมีมวลขนาดเล็ก การศึกษาของพวกเขาทำงานร่วมกันของรังสีคอสมิกในชั้นบรรยากาศของโลกนอกจากนี้ยังบ่งบอกถึงการปรากฏตัวของมวล แต่การทดลองต่อไปมีความจำเป็นที่จะขึ้นอย่างถูกต้องกำหนดมัน

แหล่งที่มา

แหล่งน้ำธรรมชาติของนิวตริโน - สลายตัวของสารกัมมันตรังสีขององค์ประกอบภายในแผ่นดินซึ่งถูกปล่อยออกมาในกระแสใหญ่ของพลังงานต่ำอิเล็กตรอน antineutrino นอกจากนี้ยังมีซูเปอร์โนวากอบ Neutrino ปรากฏการณ์เนื่องจากอนุภาคเหล่านี้เท่านั้นที่สามารถเจาะวัสดุ hyperdense เกิดขึ้นในดาวยุบ; เพียงส่วนเล็ก ๆ ของพลังงานที่จะถูกแปลงเป็นไฟ การคำนวณแสดงให้เห็นว่าประมาณ 2% ของพลังงานแสงอาทิตย์ - นิวตริโนพลังงานที่เกิดขึ้นใน ปฏิกิริยานิวเคลียร์ ฟิวชั่น มันเป็นไปได้ว่าส่วนใหญ่ของสสารมืดของจักรวาลถูกสร้างขึ้นจากนิวตริโนที่ผลิตในช่วงบิ๊กแบง

ปัญหาฟิสิกส์

พื้นที่ที่เกี่ยวข้องกับนาโนเทคโนโลยีดาราศาสตร์และมีความหลากหลายและการพัฒนาอย่างรวดเร็ว ประเด็นสำคัญในปัจจุบันที่ดึงดูดจำนวนมากของความพยายามทดลองและทฤษฎีดังต่อไปนี้:

• อะไรคือฝูงนิวตริโนที่แตกต่างกัน?
• พวกเขาจะส่งผลกระทบต่อจักรวาลบิ๊กแบง?
• พวกเขาสั่น?
• ประเภทหนึ่งของนิวตริโนสามารถกลายเป็นอีกคนหนึ่งที่พวกเขาเดินทางผ่านสสารและพื้นที่?
• นิวตริโนมีพื้นฐานแตกต่างจากปฏิปักษ์ของพวกเขา?
• วิธีดาวฤกษ์ยุบในรูปแบบซูเปอร์โนวา?
• บทบาทของนิวตริโนในจักรวาลคืออะไร?

หนึ่งในปัญหาที่ยาวนานที่น่าสนใจโดยเฉพาะอย่างยิ่งเป็นสิ่งที่เรียกว่านาโนเทคโนโลยีพลังงานปัญหา ชื่อนี้หมายถึงความจริงที่ว่าในช่วงการทดลองหลายบกดำเนินการในช่วงที่ผ่านมา 30 ปีที่ผ่านมาอย่างต่อเนื่องสังเกตอนุภาคที่มีขนาดเล็กกว่าที่จำเป็นในการผลิตพลังงานที่แผ่จากดวงอาทิตย์ ทางออกหนึ่งที่เป็นไปได้คือการสั่นเช่นจ. การเปลี่ยนแปลงของนิวตริโนอิเล็กตรอน muon หรือเอกภาพในระหว่างการเดินทางไปยังโลก ดังนั้นวิธีการมากขึ้นยากที่จะวัด muon พลังงานต่ำหรือเอกภาพนิวตริโนชนิดของการเปลี่ยนแปลงครั้งนี้จะอธิบายว่าทำไมเราไม่เห็นในปริมาณที่เหมาะสมของอนุภาคบนโลก

สี่รางวัลโนเบล

รางวัลโนเบลฟิสิกส์ 2015 ได้รับรางวัลไปทาคาอากิคาจิและอาเทอร์แม็กโดนัลด์สำหรับการตรวจสอบของมวลนิวตริโนที่ นี่เป็นรางวัลที่คล้ายกันที่สี่ที่เกี่ยวข้องกับการทดลองวัดของอนุภาคเหล่านี้ บางคนอาจจะสนใจในคำถามที่ว่าทำไมเราควรจะดูแลมากเกี่ยวกับสิ่งที่แทบจะไม่โต้ตอบกับเรื่องธรรมดา

ความจริงที่ว่าเราสามารถตรวจจับอนุภาคชั่วคราวเหล่านี้เป็นเครื่องพิสูจน์ถึงความฉลาดของมนุษย์ เนื่องจากกฎของกลศาสตร์ควอนตัมน่าจะเป็นเรารู้ว่าแม้จะมีความจริงที่ว่าเกือบทั้งหมดของนิวตริโนผ่านโลกบางส่วนของพวกเขาจะโต้ตอบกับมัน เครื่องตรวจจับที่มีความสามารถพอที่ขนาดใหญ่มีการลงทะเบียน

อุปกรณ์ดังกล่าวครั้งแรกถูกสร้างขึ้นในยุคทศวรรษที่หกลึกลงไปในเหมืองในเซาท์ดาโคตา เพลาก็เต็มไปในการทำความสะอาดของเหลว 400,000. L โดยเฉลี่ยหนึ่งอนุภาคนิวตริโนในชีวิตประจำวันมีปฏิสัมพันธ์กับอะตอมของคลอรีนที่แปลงมันเป็นอาร์กอน อย่างไม่น่าเชื่อเรย์มอนด์เดวิสซึ่งเป็นผู้รับผิดชอบในการตรวจจับการประดิษฐ์คิดค้นวิธีการสำหรับการตรวจสอบของอะตอมอาร์กอนหลายและสี่ทศวรรษที่ผ่านมาต่อมาในปี 2002 สำหรับความสำเร็จทางวิศวกรรมที่น่าตื่นตาตื่นใจนี้เขาได้รับรางวัลโนเบล

ดาราศาสตร์ใหม่

เพราะนิวตริโนโต้ตอบเพื่อให้อ่อนพวกเขาสามารถเดินทางในระยะทางที่ดี พวกเขาให้เรามองเข้าไปในสถานที่ที่มิฉะนั้นเราจะไม่ได้เห็น Neutrinos ตรวจพบเดวิสที่เกิดขึ้นเป็นผลมาจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่เกิดขึ้นในหัวใจของดวงอาทิตย์และก็สามารถที่จะออกจากนี้ที่นั่งอย่างไม่น่าเชื่อหนาแน่นและร้อนเพียงเพราะพวกเขาไม่ได้มีปฏิสัมพันธ์กับเรื่องอื่น ๆ คุณยังสามารถตรวจจับนิวตริโนที่ปล่อยออกมาจากศูนย์กลางของดาวระเบิดที่ระยะทางกว่าแสนปีแสงจากโลก

นอกจากนี้อนุภาคเหล่านี้ทำให้มันเป็นไปได้ที่จะสังเกตจักรวาลในขนาดเล็กมากของมันมีขนาดเล็กกว่าผู้ที่อยู่ในที่สามารถมองเข้าไปใน Large Hadron Collider ในเจนีวา, การค้นพบ Higgs Boson มันเป็นเพราะเหตุนี้ว่าคณะกรรมการโนเบลตัดสินใจที่จะได้รับรางวัลรางวัลโนเบลสำหรับการค้นพบนิวตริโนชนิดอื่นที่

ปัญหาการขาดแคลนลึกลับ

เมื่อเรย์เดวิสนิวตริโนสังเกตแสงอาทิตย์เขาพบเพียงหนึ่งในสามของปริมาณที่คาดหวัง นักฟิสิกส์ส่วนใหญ่เชื่อว่าเหตุผลนี้เป็นความรู้ที่ดีของฟิสิกส์ดาราศาสตร์ของดวงอาทิตย์: บางทีส่องรุ่นดินดานเกินจำนวนที่ผลิตในนิวตริโนของมัน อย่างไรก็ตามหลายปีแม้หลังจากรุ่นแสงอาทิตย์มีการปรับปรุงการขาดดุลยังคงอยู่ นักฟิสิกส์ได้ให้ความสนใจกับความเป็นไปได้อื่น: ปัญหาอาจจะเกี่ยวข้องกับการรับรู้ของอนุภาคเหล่านี้ของเรา ตามทฤษฎีแล้วเกลี้ยกล่อมพวกเขาไม่ได้มีน้ำหนัก แต่นักฟิสิกส์บางคนแย้งว่าในความเป็นจริงอนุภาคมีมวลเล็กและมวลนี่เป็นเหตุผลสำหรับการขาดของพวกเขา

สามประสบอนุภาค

ตามทฤษฎีของนิวตริโนแนบแน่นในธรรมชาติมีสามประเภทที่แตกต่างกันของพวกเขา ถ้าอนุภาคมีมวลที่ขณะที่มันเคลื่อนมันสามารถส่งผ่านจากประเภทหนึ่งไปยังอีก สามประเภท - อิเล็กตรอนมิวออนและเอกภาพ - ในการมีปฏิสัมพันธ์กับสารที่สามารถแปลงเป็นอนุภาคที่สอดคล้องกัน (อิเล็กตรอน muon เอกภาพ leptons) "ความผันผวน" เป็นเพราะกลศาสตร์ควอนตั ประเภทนิวตริโนไม่คงที่ มันเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา นิวตริโนซึ่งเริ่มดำรงอยู่ของมันเป็น e-mail, สามารถเปลี่ยนเป็น muon และจากนั้นกลับมา ดังนั้นอนุภาคที่เกิดขึ้นในแกนของดวงอาทิตย์ในทางโลกที่สามารถแปลงเป็นระยะ ๆ เข้าไปในนิวตริโน muon และในทางกลับกัน ตั้งแต่ตรวจจับเดวิสสามารถตรวจสอบเพียงอิเล็กตรอนนิวตริโนซึ่งอาจนำไปสู่การแปรนิวเคลียสของคลอรีนในอาร์กอนดูเหมือนว่ามันจะเป็นไปได้ว่านิวตริโนหายไปกลายเป็นประเภทอื่น ๆ (ปรากฎว่านิวตริโนสั่นภายในดวงอาทิตย์และไม่เกี่ยวกับวิธีที่จะโลก)

การทดลองที่แคนาดา

วิธีเดียวที่จะทดสอบนี้คือการสร้างเครื่องตรวจจับที่ทำงานสำหรับทุกสามประเภทของนิวตริโน เริ่มต้นจากยุค 90 อาเทอร์แมคโดนัลด์มหาวิทยาลัยควีนส์ใน Ontario, เขานำทีมซึ่งจะดำเนินการในเหมืองในเบอรีนแทรีโอ การติดตั้งมีตันของน้ำหนักให้เงินกู้ยืมโดยรัฐบาลของประเทศแคนาดา หนักน้ำเป็นของหายาก แต่รูปแบบที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติของน้ำนั้นไฮโดรเจนมีโปรตอนจะถูกแทนที่ด้วยไฮโดรเจนไอโซโทปของหนักซึ่งประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอน รัฐบาลแคนาดากักตุนหนักน้ำม. เคมันถูกใช้เป็นสารหล่อเย็นในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ทั้งหมดสามประเภทของนิวตริโนสามารถทำลายไฮโดรเจนในรูปแบบโปรตอนและนิวตรอนนิวตรอนและนับจากนั้น ตรวจจับการลงทะเบียนประมาณสามเท่าของจำนวนเมื่อเทียบกับเดวิส - ว่าจำนวนเงินที่ดีที่สุดที่คาดการณ์ไว้ในรูปแบบที่ดวงอาทิตย์ นี้แสดงให้เห็นว่าอิเล็กตรอนนิวตริโนสามารถแกว่งในรูปแบบอื่น ๆ

การทดสอบภาษาญี่ปุ่น

ในช่วงเวลาประมาณเดียวกัน Takaaki Kadzita จากมหาวิทยาลัยโตเกียวดำเนินการอีกการทดลองที่น่าทึ่ง เครื่องตรวจจับที่ติดตั้งอยู่ในเพลาในประเทศญี่ปุ่นที่บันทึกนิวตริโนมาไม่ได้มาจากการตกแต่งภายในของดวงอาทิตย์และจากบรรยากาศชั้นบน ในการชนโปรตอนของรังสีคอสมิกที่มีบรรยากาศที่เกิดขึ้นที่อาบน้ำของอนุภาคอื่น ๆ รวมทั้งนิวตริโน muon ในเหมืองที่พวกเขาจะถูกแปลงเป็นนิวเคลียสไฮโดรเจนมิวออน เครื่องตรวจจับ Kadzity สามารถมองเห็นอนุภาคมาในสองทิศทาง บางคนลดลงจากข้างต้นมาจากบรรยากาศในขณะที่คนอื่น ๆ ที่กำลังจะย้ายจากด้านล่าง จำนวนของอนุภาคที่แตกต่างกันที่พูดเกี่ยวกับธรรมชาติที่แตกต่างกันของพวกเขา - พวกเขาอยู่ที่จุดที่แตกต่างกันในรอบการแกว่งของมัน

การปฏิวัติในวิทยาศาสตร์

มันคือทั้งหมดที่แนบแน่นที่แปลกใหม่และน่าแปลกใจ แต่ทำไมนิวตริโนและมวลดึงดูดความสนใจมาก? เหตุผลง่าย ในรูปแบบมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาคมูลฐานการพัฒนาในช่วงห้าสิบปีของศตวรรษที่ยี่สิบซึ่งถูกต้องอธิบายทุกข้อสังเกตอื่น ๆ ในเครื่องเร่งอนุภาคและการทดลองอื่น ๆ นิวตริโนจะถูกเยอะ การค้นพบของมวลนิวตริโนแสดงให้เห็นว่าสิ่งที่ขาดหาย รุ่นมาตรฐานยังไม่สมบูรณ์ ที่ขาดหายไปองค์ประกอบที่ยังไม่ถูกค้นพบ - ด้วยความช่วยเหลือของ Large Hadron Collider หรืออื่น ๆ ที่ยังไม่ได้สร้างเครื่องเสมือน