Содержание
Как они образовались?
Нейтрино образуются в центре сверхновых и других звезд в результате радиоактивного распада, подробности которого до сих пор неизвестны. Их излучает солнце, их излучают многие звезды, и они массово создавались во время Большого взрыва.
Поскольку эти частицы проходят сквозь всё, ни к чему не прилипают и поэтому не меняются, во Вселенной присутствует множество частиц, возникших во времена Большого взрыва, тринадцать миллиардов лет назад.
Помимо того, что сама частица уже очень интересна, цель состоит в том, чтобы иметь возможность «захватить» нейтрино, старое как Вселенная, и оглянуться назад во времени.
Факты о частице
- Нейтрино имеет нейтральный электрический заряд и очень маленькую массу. Его масса оценивается как минимум на шесть порядков меньше массы электрона, масса которого составляет 9,1×10 -31 кг. Точную массу нейтрино еще предстоит измерить.
- Ученые подсчитали, что от 2% до 3% солнечной радиации принимает форму нейтрино. Около 99% энергии сверхновой выделяется в виде нейтрино.
- Исследователь видит солнце днем и ночью с помощью нейтрино. Они проходят сквозь землю ночью. Основываясь на изображениях нейтрино, астрономы знают, что ядерные реакции происходят только в ядре Солнца, которое составляет 20-25% его самых внутренних участков.
- Нейтрино движутся со скоростью, равной скорости света.
Детектор нейтрино Super-Kamiokande, Япония
Нейтринная обсерватория IceCube в Антарктиде
- Как и нейтроны, нейтрино вызывают ядерное деление тяжелых ядер. В лабораториях наблюдалось только нейтринное деление дейтерия, но этот процесс, вероятно, происходит в звездах и влияет на изотопное содержание элементов.
- Нейтрино реагирует только на гравитацию и слабое ядерное взаимодействие (слабое взаимодействие). Из-за этого он очень редко взаимодействует с материей.
- В настоящее время известно три «вкуса» нейтрино: электронное, мюонное и тау. Нейтрино колеблется между этими тремя ароматами. Существуют также частицы антивещества: антиэлектрон (антинейтрино), антимюон и антитау.
- Нейтрино очень распространены. Они возникают в результате ядерных реакций. Источники включают солнце и другие звезды, сверхновые, ядерный распад, деление и синтез.
- Могут быть и другие ароматы нейтрино. Например, ученые предсказывают существование стерильного нейтрино. Стерильное нейтрино взаимодействует только с гравитацией, но не со слабым ядерным взаимодействием.
- Нейтрино могут быть горячей темной материей. То есть они не излучают и не поглощают свет, поэтому кажутся темными. Тем не менее, у них есть энергия, поэтому они горячие.
- Например, каждый день через ваше тело проходят миллиарды нейтрино. Несмотря на это, по оценкам ученых, только одно солнечное нейтрино (от нашего Солнца) взаимодействует с человеком на протяжении всей его жизни.
Открытие и история
Вольфганг Паули предположил существование нейтрино в 1930 году как средство экономии энергии при бета-распаде. И Паули, и Энрико Ферми называли гипотетическую частицу нейтрино на научных конференциях в 1932 и 1933 годах.
Обнаружение
Поскольку нейтрино так редко взаимодействуют с материей, их обнаружение является сложной задачей. Короче говоря, частицы слишком малы и не реактивны для прямого обнаружения. Ученые ищут частицы или излучение, которые можно наблюдать и измерять.
Ван Ганчан предложил в 1942 году использовать бета-захват для экспериментального обнаружения нейтрино. Но только в июле 1956 года Клайд Коуэн, Фредерик Рейнс, Фрэнсис Б. «Кико» Харрисон, Остин Макгуайр и Геральд Круз объявили об открытии частицы.
Открытие нейтрино привело к Нобелевской премии в 1995 году. Нейтринный эксперимент Коуэна-Рейнса включал высвобождение нейтрино, образующихся в результате бета-распада в ядерном реакторе. Эти нейтрино (точнее, антинейтрино) реагировали с протонами, образуя нейтроны и позитроны.
Первое нейтрино, обнаруженное в природе, было обнаружено в 1965 году в камере золотого рудника Ист-Рэнд в Южной Африке, на глубине 3 км под землей. Такааки Кадзита и Артур Б. Макдональд разделили Нобелевскую премию по физике 2015 года за открытие нейтринных осцилляций, доказав, что нейтрино имеют массу.
Что можно открыть в нейтрино
Есть надежда найти в нейтрино информацию о происхождении Вселенной, существовании черных дыр и о том, как происходит взрыв сверхновых.
Возможно, это также объяснит, почему Вселенная расширяется, может объяснить вес Вселенной, и это может быть «темная материя», темная материя — это масса чего-то во Вселенной, существование которого известно, но не ясно, что это такое. Ее называют темной материей, потому что на сегодняшний день она никаким образом не видна визуально.
Практическое применение
Малая масса нейтрино и нейтральный заряд делают его идеальным зондом для исследования мест, недоступных для других форм излучения. Например, нейтрино обнаруживают условия в солнечном ядре, потому что большинство из них проходят через очень плотный материал.
Между тем, фотоны (свет) блокируются. Другие цели для нейтринных зондов включают ядро Земли, галактическое ядро Млечного Пути и сверхновые звезды.
В 2012 году ученые отправили первое сообщение с помощью нейтрино через скалу глубиной 350 километров. Теоретически нейтрино передают двоичные сообщения через самую плотную материю почти со скоростью света.
Часто задаваемые вопросы
Если бы эксперимент проводился на поверхности Земли, через детектор пролетело бы столько частиц этих космических лучей, что было бы невозможно обнаружить что-либо еще.
Мы не можем сказать это наверняка. Техника, используемая Супер-Камиоканде (осцилляции нейтрино), не говорит нам о массе, а только о разнице в массе между двумя разными типами нейтрино. Самое тяжелое нейтрино, вероятно, имеет массу около 0,05 электрон-вольта, или около одной миллиардной массы протона.
Недостающая масса и темная материя — два термина, используемые для объяснения запутанных наблюдений в астрономии. При наблюдениях за далекими галактиками кажется, что гравитационное притяжение между соседними галактиками и между внутренней и внешней частями отдельных галактик больше, чем из-за видимых объектов (звезд), составляющих галактики.
Нейтрино часто предполагалось как возможные источники чрезмерных гравитационных сил, наблюдаемых в далеких галактиках, но они могут играть роль только в том случае, если они обладают массой. Теперь, когда известно существование массы нейтрино и оценка ее значения, несомненно, возобновятся исследования космологического влияния нейтрино.
Цель изучения — улучшить понимание человеком фундаментальных строительных блоков природы и взаимодействия между этими строительными блоками. Кроме того, нейтрино должны играть роль в эволюции галактик (и, следовательно, в конечном итоге звезд и планет) и продолжающейся эволюции космоса, роль, которая, возможно, недооценивалась до открытия их масс.
