Что такое нейтрино?

Почему ученые считают эту частицу самой загадочной и неуловимой из всех?

0

Нейтрино — это неуловимые субатомные частицы. Они возникают в ходе самых разнообразных ядерных процессов. Их название, которое означает «маленький нейтрон» отсылает нас к факту, что они не имеют никакого электрического заряда. Из четырех существующих фундаментальных сил во Вселенной эти частицы взаимодействуют только с двумя. Это гравитационное и слабое взаимодействия. Интересно, но нейтрино не имеют почти никакой массы. Они несутся сквозь космос почти со скоростью света.

Бесчисленное множество этих загадочных частиц возникло в первые доли секунды после Большого Взрыва. А новые создаются постоянно и сейчас. Они рождаются в ядерных котлах звезд, в ускорителях частиц и атомных реакторах на Земле. Колоссальное их количество выбрасывается в пространство в ходе взрывного коллапса сверхновых. Считается, что нейтрино во Вселенной в среднем в 1 миллиард раз больше, чем протонов.

Несмотря на свою вездесущность, эти частицы остаются загадкой для физиков. Так происходит потому, потому что их очень трудно поймать. Нейтрино проходят сквозь материю как будто она практически прозрачна для них. Но взаимодействие этих частиц с веществом все же происходит. Но крайне и крайне редко. Около 100 миллиардов нейтрино проходят через каждый квадратный сантиметр ваше тела прямо сейчас. Вы что-нибудь чувствуете? И это является одной из самых интересных тайн современной физики.

Поймать невидимку

Гипотеза о существовании нейтрино впервые была предложена в качестве ответа на одну научную загадку. В конце XIX века исследователи изучали процесс, известный как бета-распад. В ходе этого процесса ядро внутри атома самопроизвольно испускает электрон. Бета-распад, казалось, нарушал два фундаментальных физических закона: сохранения энергии и сохранения импульса. Конечная конфигурация частиц после бета-распада, как казалось, имела слишком мало энергии. И протон стоял неподвижно, а не смещался в противоположном от электрона направлении. Что бы объяснить наблюдаемые эффекты, в 1930 году физик Вольфганг Паули выдвинул идею о том, что из ядра может вылететь дополнительная частица. Именно она уносила недостающую энергию и импульс.

Более четверти века спустя физики Клайд Коуэн и Фредерик Рейнс построили нейтринный детектор. Они разместили его за пределами ядерного реактора атомной электростанции Саванна-Ривер в Южной Каролине. В ходе их эксперимента удалось поймать несколько из сотен триллионов невидимок, которые летели из реактора. Коуэн и Рейнс с гордостью отправили Паули телеграмму, чтобы сообщить ему о своем открытии. Рейнс впоследствии получил Нобелевскую премию по физике. Это случится в 1995 году.

Но с тех пор нейтрино постоянно бросали вызов ученым.

Разные нейтрино

Наше Солнце производит колоссальное количество нейтрино. Эти частицы непрерывно бомбардируют нашу планету. В середине 20-го века исследователи построили детекторы для поиска этих частиц. Но их эксперименты показывали несоответствие прогнозам. Было обнаружено только около трети предсказанного количество нейтрино. Либо что-то было не так с астрономическими моделями Солнца, либо происходило что-то странное.

Физики в конце концов поняли, что загадочные частицы, вероятно, бывают трех разных типов. Обычное нейтрино называется электронным нейтрино. Но существуют и два других: мюонное нейтрино и тау-нейтрино. Когда они проходят расстояние между Солнцем и нашей планетой, частицы колеблются между этими тремя типами. Поэтому в тех ранних экспериментах — которые были предназначены только для поиска одного типа — не хватало двух третей от их общего числа.

Но только частицы, имеющие массу, могут подвергаться подобному колебанию. Это противоречило более ранним представлениям о том, что нейтрино не имеют массу. Хотя ученые до сих пор не знают точных масс всех трех типов частиц, эксперименты определили, что самая тяжелый из них должен иметь массу по крайней мере в 0,0000059 раза меньше массы электрона.

Новые типы нейтрино?

В 2011 году исследователи из проекта Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparature (OPERA) в Италии сотворили всемирную сенсацию. Они объявили, что обнаружили нейтрино, движущиеся быстрее скорости света. Что в корне противоречит постулатам современной физики. Несмотря на широкое освещение этих результатов в средствах массовой информации, они были встречены научным сообществом с большим скептицизмом. Менее чем через год физики поняли, что неисправная проводка имитировала полученные сверхсветовые скорости. И нейтрино вернулись в область космически законопослушных частиц.

Ученым еще многое предстоит узнать об этих странных частицах. Недавно исследователи из эксперимента Mini Booster Neutrino (MiniBooNE) в Национальной ускорительной лаборатории Ферми (Fermilab) недалеко от Чикаго предоставили убедительные доказательства того, что они обнаружили новый тип нейтрино. Они назвали его «стерильным» нейтрино. Такая находка подтверждает более раннюю аномалию, наблюдавшуюся в нейтринном детекторе жидких сцинтилляторов (LSND), эксперименте в Лос-Аламосской Национальной лаборатории в Нью-Мексико. Стерильные нейтрино перевернули бы всю известную физику, потому что они не вписываются в то, что известно как стандартная модель. Она объясняет свойства почти всех известных частиц и сил, кроме гравитации.

В мире физики ничего не застыло и не стоит на месте. Иногда кажется, что со времен Эйнштейна не было придумано ничего нового. Но это не так. Наука постоянно двигается вперед. Кто знает, может быть именно нейтрино и их загадочные свойства помогут нам когда-нибудь достичь звезд…

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Комментировать

Войти с помощью: 

Этот сайт использует куки. Вы можете отказаться, если хотите ПринятьПрочитать больше

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: