Если вы думаете, что вакуум – это настоящая пустота, то вы сильно ошибаетесь.
Даже холодное межзвездное пространство, не говоря уже об искусственно созданном вакууме, не так уж и пусто.
В среднем на кубический метр Вселенной приходится один протон и один электрон.
Также в одном кубе находится в среднем 500 миллионов реликтовых фотонов и столько же реликтовых нейтрино.
Наша Вселенная не только светится изнутри, с первой миллисекунды Большого взрыва, но и столь же интенсивно «нейтрино».
Заинтригованы? Знаете ли вы, что:
- Нейтрино являются неотъемлемой частью термоядерной реакции, дающей жизнь звездам.
- Антинейтрино уносят на просторы Галактики около 2% энергии ядерного реактора.
- Привычный «нейтрон» мог бы символизировать нейтрино, если бы споры о существовании загадочной частицы не затянулись до открытия настоящего нейтрона.
Гипотеза Паули о существовании электрически нейтральной и очень легкой частицы, выдвинутая еще в 1930 году, вызывала жаркие споры на протяжении четверти века, особенно после открытия нейтрона в 1932 году (и современной теории ядра и ядерного распада , давший толчок к созданию атомной бомбы).
Предсказанную теоретически частицу можно было наблюдать только косвенными методами.
Если сейчас этот подход практически не вызывает сомнений у физиков, то более полувека назад доказательства считались эфемерными и сомнительными.
В чем проблема? Дело в том, что нейтрино крайне сложно поймать напрямую.
Классический эксперимент по обнаружению нейтрино — обратный бета-распад: антинейтрино + протон -> позитрон + нейтрон + фотоны В дальнейшем нейтрон захватывался веществом детектора и высвобождались фотоны.
То есть две вспышки света, следующие через определенные промежутки времени, являются признаком антинейтрино.
Вы бы в это поверили? Детекторы нейтрино располагаются в глубине материи – в горах, во льдах Антарктиды, в шахтах – именно для того, чтобы исключить любые побочные каналы образования «вспышек», кроме всепроникающего нейтринного канала.
Детектор воды — удобный контейнер для улавливания нейтронов.
Если говорить проще, детектор нейтрино представляет собой гигантский кубик льда (сцинтиллятор), в который вставлены спицы детекторов фотонов, регистрирующих малейшие выбросы радиации.
Две вспышки – это нейтрино.
В это сложно поверить, но подобных экспериментов проводилось множество, собиралась статистика.
И самое главное, нейтрино стало лишь первой ласточкой в новой модели теоретической физики, когда теория пошла впереди эксперимента и предсказала существование частиц и эффектов задолго до их экспериментального подтверждения.
Нейтрино было теоретически изобретено, его свойства «подкорректированы» для объяснения неточностей в эксперименте, и только потом косвенно открыты.
Нейтрино нельзя потрогать и измерить общей меркой, они такие особенные, и в них нужно просто поверить :) Физическая уникальность нейтрино заключается в отсутствии электрического заряда (не участвует в электромагнитных взаимодействиях) и «цвета» (не подвержена квантовой хромодинамике).
Остальные «слабые» и гравитационные взаимодействия соответственно в миллион и 10^38 раз менее интенсивны, чем «сильные».
В результате нейтрино путешествует по Вселенной, пронзая материю и время, имея крайне низкий шанс быть замеченным и «захваченным» другой частицей.
Также другие лептоны (электрон, мюон и таон), неподвластные хромодинамике, обладают электрическим зарядом и не подходят на роль вечных путешественников в космосе.
Кстати, не менее жарки ведутся споры об уникальности нейтрино.
Если оно действительно нейтрально во всех смыслах, то что это? анти нейтрино? И в чем их разница? Ведь если электрон имеет привычный нам отрицательный электрический заряд (тоже, кстати, сама по себе условность — позитрон можно было бы назвать электроном, и наоборот), то у нейтрино зарядов нет. Совершенно можно сказать, что выбор частицы и античастицы в данном случае был совершенно произвольным, терминологическим.
Различия между нейтрино и антинейтрино пришлось объяснять нобелевскому лауреату Ландау и его теории глубокой CP-симметрии (симметрии зарядовой четности).
Правда, в 1964 году они успешно доказали нарушение CP-симметрии при распаде нейтрального каона, что в конечном итоге привело к предсказанию третьего поколения кварков, но это уже другая история.
Считается, что в ряде экспериментов не обнаружено никаких реакций, противоречащих принципиальным различиям между нейтрино и антинейтрино, то есть их можно считать разными.
Поиски различий между нейтрино и антинейтрино и так называемого лептонного заряда привели к теоретическому предположению, доказанному экспериментально в 1962 году, о том, что нейтрино не так нейтральны, как первоначально предполагалось.
Он имеет лептонный заряд, а все лептоны делятся на семейства (в современной Стандартной модели три, а на тот момент были известны первые два), причем нейтрино может быть электронным, мюонным и таонным.
Физические последствия этого открытия чрезвычайно интересны – поскольку семейства частиц позволяют строить теории Великого Объединения и эволюции материи, но для нашего простого экскурса заметим, что нейтрино – это не одна частица, а три (плюс три из них анти очаг).
Что еще интересного в нейтрино? Например, физика нейтрино не требует вложений триллионов долларов и строительства Большого адронного коллайдера.
На пятом курсе мы каждую неделю ездили в Протвино к протонному синхротрону У-70, который и сегодня регулярно используется для научных экспериментов.
Комплекс меченых нейтрино — передовой прорыв физической мысли тех лет — не потерял своей актуальности и сейчас.
Но помимо ускорителей и реликтового фона есть еще мощные источники нейтрино – звезды.
Наблюдение нейтрино, испускаемого звездами, доказало термоядерную природу звезд - которая, вообще говоря, не очевидна - ведь типов звезд много, и наше Солнце не является самым представительным и интересным среди них.
А нейтринная астрономия — реально существующая наука.
Во-первых, нейтрино образуются в звездах (помните тизер в начале? нейтрино — важнейший компонент термоядерной реакции), а во-вторых, они проникают сквозь другие звезды и достигают Земли.
Которая теоретически может дать нам информацию из самых глубин звезд. Нейтринные телескопы на самом деле расположены глубоко под Землей и обнаруживают поток частиц, проходящих через Землю с ее обратной стороны! Такие телескопы работают во многих странах, в том числе и в России.
БАЙКАЛ на глубине 1 км в водах озера Байкал, и Баксан на Кавказе.
Из области научной фантастики (но не абстрактной, а ограниченной лишь чувствительностью приборов) именно нейтринная астрономия может доказать существование антимиров – галактик, полностью состоящих из антиматерии.
Ведь «антизвезды» генерируют такой же неразличимый поток стандартных фотонов, как и обычные звезды.
Но самый мощный поток нейтрино из них все будет иметь приставку « анти Кроме того, нейтринный телескоп вполне может определить коллапс звезды (в сверхновую, черную дыру или карлика) внутри нашей Галактики.
И на десерт: с нейтрино связано еще два парадокса и множество теорий, которые на данный момент невозможно ни подтвердить, ни опровергнуть.
Поток нейтрино от Солнца на протяжении многих десятилетий постоянно был меньше, чем теоретически рассчитано.
Теория, пытающаяся объяснить нехватку, — это осцилляции нейтрино, превращение одного типа в другой (электрон в мюон), несохранение лептонного заряда, соответственно, симметрия катится к черту и триумф сторонников теорий Великого объединения, за которые все равен (но только при высоких энергиях) .
Но если нейтрино колеблются, то они имеют ненулевую (и разную) массу.
А ненулевая масса нейтрино усложнит жизнь физикам-теоретикам, зато астрономы вздохнут свободно — их дебет и кредит не совпадают, наблюдаемая масса Вселенной критически меньше той, которую требует теория.
И «скрытая» материя могла бы тогда с честью быть отдана во власть всепроникающих и неуловимых нейтрино, получивших массу.
На этом заканчивается краткое научно-популярное введение в физику нейтрино; в случае успеха у публики смогу и дальше вспоминать студенческие годы на физфаке :) Теги: #нейтрино #физика элементарных частиц #Популярная наука
-
Откуда Взялась Эта Панель Инструментов?
19 Oct, 24 -
Ловушки И Опасности Парного Программирования
19 Oct, 24 -
Организация Процесса Разработки На Java
19 Oct, 24 -
Мои Любимые Артисты: Эрик Джойнер
19 Oct, 24
