Как сделать нейтринный пучок Простое непрофессиональное объяснение, как сделать пучок из нейтрино (детали зависят от конкретной экспериментальной лаборатории).
Сначала создайте пучок протонов — точно так же, как если бы вы загружали Большой адронный коллайдер (это другая история, но пока примем как должное существование пучка протонов).
Затем пучок протонов сталкивается с мишенью — тонким листом материала.
Протоны будут сталкиваться с ядрами атомов материала и разбивать их на части – не только расщепляя их на протоны и нейтроны, но и создавая множество других частиц, включая пионы (пример адронов) как с положительным, так и с отрицательным электрическим зарядом.
Все эти частицы вылетят с обратной стороны листа материала, в результате чего мы получим пучок протонов, нейтронов, пионов и некоторых других частиц.
Теперь совместите луч и магнит. Магнит будет изгибать путь заряженных частиц.
Направление кривизны зависит от заряда частицы; степень кривизны зависит от энергии частицы.
Таким образом, нейтроны пройдут прямо, отрицательно заряженные пионы — в одну сторону, а протоны и положительно заряженные пионы — в другую.
Пусть большая часть частиц уйдет в стену; там, где вы покидаете проход, частицы, проходящие через него, будут иметь примерно равные энергии и электрические заряды.
Таким образом, разместив проход в нужном месте, можно получить пучок, состоящий преимущественно из положительно заряженных пионов с одинаковыми энергиями.
Пионы начнут распадаться, превращаясь в антимюоны и нейтрино.
Вскоре ваш пучок будет состоять из положительно заряженных мюонов, нескольких еще не распавшихся пионов и затесавшихся протонов, а также нейтрино.
Теперь совместите луч с другим магнитом.
Нейтрино, будучи электрически нейтральными, будут путешествовать дальше.
Положительно заряженные частицы — мюоны, а остальные пионы с протонами будут отклоняться в одну сторону.
Пусть они войдут в стену.
И что останется? Нейтринный пучок.
Не особо узкий, конечно, но если начать с большого количества протонов, то получится довольно мощно.
Управляя направлением движения начальных протонов и промежуточных пионов, этот луч можно направить в любом направлении.
Например, его можно создать в ЦЕРНе и отправить в сторону горы Гран-Сассо д'Италия, где проходит эксперимент. ОПЕРА .
Этот луч не будет узким — к моменту прохождения 730 км до Гран-Сассо его поперечник составит 2 км.
Но для наших целей этого будет достаточно.
Как обнаружить нейтрино
Простое объяснение для непрофессионалов, как обнаружить нейтрино.Нейтрино постоянно проходят через ваше тело.
Их поток исходит от Солнца, из его центральной печи, и даже если вы находитесь на ночной стороне планеты, эти нейтрино проходят через Землю и через ваше тело так, как будто Земли там и нет. Космические лучи (частицы высокой энергии, прилетающие из космоса) часто поражают атомы в верхних слоях атмосферы и производят несколько нейтрино.
Они также проходят сквозь вас.
Почти всегда.
Но очень-очень маленькая часть нейтрино во что-то врезается.
Если нейтрино попадает в ядро атома, проходит сквозь один из протонов или нейтронов и (грубо говоря) оказывается слишком близко к кварку (или антикварку) внутри протона или нейтрона, то есть большая вероятность, что нейтрино и кварк (или антикварк) столкнется.
То же самое можно сказать и о нейтрино, сталкивающемся с электроном в задней части атома.
Но этот процесс происходит нечасто, поскольку в нем задействовано слабое ядерное взаимодействие, и (особенно для нейтрино низких энергий) слабость этой силы гарантирует, что такие столкновения редки.
Предположим, нейтрино все-таки сталкивается с кварком или антикварком внутри атомного ядра: что произойдет дальше? Если нейтрино обладает достаточной энергией, оно разбивает ядро на отдельные протоны и нейтроны и часто, если его энергия велика, порождает пионы (другой тип адронов: частица, состоящая из кварков, антикварков и глюонов, подобно протону и глюонам).
нейтрон).
Нейтрино продолжает свой путь незамеченным, но образующиеся протоны, нейтроны и пионы можно наблюдать, когда они, в свою очередь, сталкиваются с другими атомными ядрами и разбивают их на части.
Особенности методов наблюдения зависят от детекторов.
Есть еще одна возможность.
Иногда при столкновении с кварком или антикварком нейтрино может стать заряженным лептоном, например электроном, мюоном или тау.
Тип лептона зависит от того, какой тип нейтрино это был, и может даже зависеть от того, что нейтрино делало до того, как прибыло.
Возможность этого варианта диктуется особенностью слабого ядерного взаимодействия, осуществляющего эту трансформацию через W-поле, волнами которого являются W-частицы.
В этом случае можно зарегистрировать не только рассеяние протонов, нейтронов и пионов от первого и последующих столкновений, но и продукты распада электрона, мюона или тау, в которые превратилось нейтрино.
В последнем случае продукты распада тау включают электрон, мюон или пион с несколькими фотонами, и все они могут быть обнаружены.
Оказывается, хотя мы не можем легко и надежно обнаружить присутствие нейтрино так же, как мы можем это сделать с электронами или мюонами (сталкивающимися с атомами при их прохождении через вещество) или протонами и нейтронами (сталкивающимися с большим количеством атомных ядер при они проходят сквозь материю), мы все еще можем иногда наблюдать их.
Если у вас достаточно нейтрино, например, после того, как не очень далекая звезда стала сверхновой, или в центре нейтринного луча, или даже просто постоянного потока нейтрино от Солнца, мы можем обнаружить эти нейтрино, когда одно из них сталкивается.
с атомным ядром внутри детектора.
Это потому, что даже одно столкновение с одним несчастным ядром может создать каскад протонов, нейтронов и пионов (которые мы можем легко обнаружить), а возможно, и электронов и мюонов (которые мы также можем легко обнаружить).
Оказывается, один из способов изучения нейтрино — это создать мощные нейтринные пучки, построить детектор, способный улавливать протоны, нейтроны, пионы, мюоны и/или электроны, вылетающие из разбитого нейтрино ядра, и запастись терпением (эксперимент OPERA).
на обнаружение 16 000 нейтрино потребовалось три года – всего по полтора десятка в день).
В мире существует множество других детекторов нейтрино, они используют разные материалы и разные стратегии.
Обычный способ — построить огромный детектор, наполненный водой или другой чистой жидкостью, расположенный глубоко под землей для защиты от космических лучей, и терпеливо ждать какого-нибудь случайного нейтрино от Солнца, одного из космических лучей или сверхновой, которое может производят "брызги"".
И всплески заметны - за последнее время с помощью нейтрино уже было сделано несколько важных открытий.
Пожалуй, самое важное из них было сделано в ОПЕРЕ.
[Незадолго до написания статьи в сентябре 2011 г.
в этом эксперименте были получены данные, согласно которым некоторые нейтрино демонстрировали движение, превышающее скорость света.
После тщательных проверок выяснилось, что причиной этого стала ошибка эксперимента - прим.
Теги: #Популярная наука #физика #нейтрино #Мэтт Страсслер #Мэтт Страсслер #Мэтт Страсслер #детектор нейтрино #пучок нейтрино
-
Постиндустриальный Или Продакшн 2.0
19 Oct, 24 -
Врачи В Голубом Небе
19 Oct, 24
