Взаимное превращение разных видов нейтрино

08.10.2015

Общеизвестно очень слабое взаимодействие нейтрино с веществом. Они могут пройти сквозь Землю или Солнце, не потревожив ни один атом. Более того, они так могут пройти через миллиарды звезд. С одной стороны это затрудняет их регистрацию и измерение характеристик, а с другой делает источником важнейшей информации об эволюции Вселенной и процессах происходящих внутри звезд. Ученые также полагают, что нейтрино могут играть ключевую роль в объяснении асимметрии материи и антиматерии во Вселенной, заключающейся в том, что после Большого Взрыва не произошло полной взаимной аннигиляции материи и антиматерии, а часть материи все же уцелела и сформировала нашу Вселенную.

Одна из проблем, связанных с нейтрино, - это проблема их массы. Долгое время предполагалось, что нейтрино не имеет массы. Именно так они рассматривались в первоначальном варианте Стандартной модели. Решение этого вопроса важно не только для понимания физики элементарных частиц. Нейтрино порождаются ядерными реакциями, происходящими во Вселенной, и после фотонов это самые распространенные в ней частицы. Их число огромно. Каждую секунду через квадратный сантиметр проходят более 60 млрд нейтрино. Так что даже при очень малой собственной массе общая масса всех нейтрино может быть очень велика и может влиять на эволюцию Вселенной. По современным оценкам масса всех нейтрино примерно равна массе всех видимых звезд во Вселенной.

Еще одна проблема возникла при определении количества электронных нейтрино, приходящих на Землю от Солнца. С 1970-х годов эксперименты регистрировали всего одну треть от предсказанного теорией их количества. Это назвали дефицитом числа электронных нейтрино. Для объяснения явления было выдвинуто два десятка предположений, из которых победила гипотеза так называемых нейтринных осцилляций (колебаний). В ней предполагалось, что электронные нейтрино на пути от Солнца превращались в другие типы нейтрино, которые не регистрировались в экспериментах. Интересно, что идею осцилляций элементарных частиц высказал советский академик Бруно Понтекорво еще в 1957 году. Серьезно об осцилляциях нейтрино заговорили во второй половине 1990-х годов.

В настоящее время известно о трех типах нейтрино, каждый из которых всегда рождается вместе с соответствующим лептоном - электроном, мюоном или тау-лептоном, по которому они и получили свои названия. В соответствии с гипотезой нейтринных осцилляций происходит периодический во времени и пространстве процесс превращения нейтрино друг в друга. Так что в пучке, состоящем изначально только из электронных нейтрино, по мере распространения появляется примесь мюонных и тау-нейтрино с одновременным уменьшением доли электронных.

Любопытно, что решение этой проблемы оказалось связанным с проблемой массы нейтрино. Дело в том, что осцилляции нейтрино возможны только при наличии у них масс.

Причина этого по современным представлениям в том, что электронное, мюонное и тау-нейтрино являются квантовой смесью трех состояний с разными массами, каждое из которых входит со своей долей. Можно сказать, что электронное, мюонное и тау-нейтрино состоят из трех волн, каждая из которых колеблется со своей частотой и амплитудой. Поэтому, если в начальный момент времени сумма этих волн выглядела как электронное нейтрино, то через некоторое время эти волны сложатся так, что появляется примесь мюонного и тау-нейтрино, что и измеряют экспериментаторы как дефицит в числе электронных нейтрино.

Так что физики уже давно полагают, что нейтрино имеют массу, хотя она пока так и не измерена непосредственно. Была даже произведена соответствующая небольшая модификация формул Стандартной модели, не нарушившая ее сути. Но экспериментальные доказательства этого были получены на рубеже XX и XXI веков. Лауреаты нобелевской премии 2015 года японец Такааки Кадзита и канадец Артур Макдональд как раз и были ключевыми фигурами двух крупных научно-исследовательских групп, исследовавших осцилляции нейтрино.

В 1998 году были опубликованы результаты японских ученых по осцилляции атмосферных нейтрино, возникающих при взаимодействии космических лучей с ядрами атомов атмосферных газов, полученные в эксперименте Супер-Камиоканде (Super-Kamiokande). Когда нейтрино сталкивается с молекулой воды в баке детектора, рождается быстрая, электрически заряженная частица. Она порождает черенковское излучение, которое измеряется световыми датчиками. Его форма и интенсивность показывают тип нейтрино и откуда оно пришло. Мюоные нейтрино, которые пришли сверху, были более многочисленны, чем те, которые путешествовали по более длинному пути через весь земной шар. Это показывает, что мюонные нейтрино во втором случае превратились в другие типы нейтрино

В 2001 году осцилляции солнечных нейтрино, были доказаны в нейтринной обсерватории в Садбери (SNO - Sudbury Neutrino Observatory). Там реакции между нейтрино и тяжелой водой в баке детектора дали возможность измерить количество, как электронных нейтрино, так и всех трех типов нейтрино вместе. Было обнаружено, что электронных нейтрино меньше, чем ожидалось, в то время как общее количество всех трех типов нейтрино вместе соответствовало ожиданиям. Из этого следовало, что часть из электронных нейтрино превратилась в другие виды нейтрино.

<< Назад: Мобильный принтер Brother PocketJet 7 09.10.2015

>> Вперед: Оптоволоконные решения 40/100 Гбит от Siemon 08.10.2015

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Кислотность океана разрушает зубы акул 03.10.2025

Мировые океаны выполняют важнейшую функцию - они поглощают около трети углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу. Это помогает замедлять темпы глобального потепления, но имеет и обратную сторону. Растворяясь в воде, CO2 образует угольную кислоту, которая повышает концентрацию водородных ионов и приводит к снижению pH. Вода становится более кислой, а последствия этого процесса уже заметны для морских экосистем. Средний показатель кислотности океана сейчас равен примерно 8,1, тогда как еще недавно за условную норму брали значение 8,2. По прогнозам, к 2300 году уровень может упасть до 7,3 - это сделает океан почти в десять раз кислее нынешнего состояния. Для обитателей морей подобные изменения означают не просто сдвиг химического равновесия, а реальную угрозу физиологическим процессам, начиная от формирования раковин у моллюсков и заканчивая охотничьим поведением акул. Чтобы выяснить, как именно кислотная среда отражается на зубах акул, группа немецких исследователей провела эксп ...>>

Почтовый космический корабль Arc 03.10.2025

Космические технологии становятся частью инфраструктуры, способной повлиять на логистику, медицину и даже военную сферу. Идея использовать орбиту как глобальный склад для срочных поставок звучала еще недавно как научная фантастика, но стартап Inversion пытается превратить ее в практическое решение. Компания Inversion появилась в начале 2021 года благодаря Джастину Фиаскетти и Остину Бриггсу, которые на тот момент были студентами Бостонского университета. Их замысел состоял в том, чтобы сделать возможной доставку грузов не только через спутниковые сети данных, но и в буквальном смысле - физических предметов. В основе лежит простая мысль: если космос обеспечивает доступ к любой точке Земли, то и грузы должны перемещаться тем же маршрутом. Уже за три года работы команда из 25 специалистов успела построить демонстрационный аппарат "Ray". Его запуск состоялся в рамках миссии SpaceX Transporter-12. Устройство весом 90 килограммов проверяло ключевые технологии Inversion, включая двухком ...>>

Лазерное обогащение урана 02.10.2025

Ядерная энергия остается одним из ключевых источников стабильного электричества, особенно для стран с растущими потребностями в энергоснабжении. Однако обеспечение бесперебойных поставок топлива для атомных станций требует современных технологий обогащения урана, которые одновременно эффективны и безопасны. Американская компания Global Laser Enrichment (GLE) делает значительный шаг в этом направлении, завершив масштабное тестирование лазерной технологии обогащения урана. Демонстрационная программа была проведена на объекте в Уилмингтоне, Северная Каролина. Тестирование технологии SILEX (Separation of Isotopes by Laser EXcitation), разработанной австралийской Silex Systems, стартовало в мае 2025 года и продлится до конца года. В ходе экспериментов компания планирует получить сотни фунтов низкообогащенного урана (LEU), который может быть использован в качестве топлива для атомных электростанций. GLE была создана в 2007 году для коммерциализации лазерных методов обогащения урана в С ...>>

Безлинзовая ИК-система 02.10.2025

Инфракрасные технологии занимают особое место в науке и технике. Они позволяют заглянуть туда, где человеческий глаз бессилен, - в темноту, сквозь дымку или туман, на значительные расстояния. Однако развитие этой области сдерживают дорогие и капризные камеры, требующие охлаждения и сложного обслуживания. Китайские исследователи предложили неожиданный выход: создание безлинзовой системы, которая превращает невидимое инфракрасное излучение в четкие изображения с помощью оптики нового поколения. В основе этой разработки лежит древняя идея "изображения через отверстие", о которой еще в IV веке до нашей эры писал философ Мо-цзы. Современные ученые пошли дальше и вместо физической дырочки сформировали оптическое отверстие прямо в нелинейном кристалле, используя сверхкороткие лазерные импульсы. Такое решение позволяет преобразовывать инфракрасное излучение в видимый свет, который без труда фиксируется обычными кремниевыми сенсорами. Руководитель проекта профессор Хэпинг Цзэн подчеркивае ...>>

Жара вызывает агрессию 01.10.2025

Животный мир чутко реагирует на изменения температуры, и в последние годы ученые все чаще обращают внимание на то, как жара влияет не только на физиологию, но и на поведение живых существ. Рост глобальных температур способен не только изменять экосистемы, но и формировать новые социальные модели у животных. Одним из тревожных проявлений оказывается рост агрессивности, который наблюдается у самых разных видов. В лаборатории Университета Юга в Сьюани, штат Теннеси, экологи наблюдали за чернобрюхими саламандрами Desmognathus amphileucus. Эти небольшие амфибии, обитающие в ручьях Аппалачей, продемонстрировали ярко выраженное территориальное поведение: они пытались кусать соперников и заставлять их покидать занятую территорию. Интересно, что у близкородственных видов - саламандры Окои и тритона - подобных реакций не зафиксировали. Это подчеркивает избирательность явления и его связь с особенностями конкретных организмов. Сходные результаты были получены и в экспериментах с другими вид ...>>

Случайная новость из Архива Самая редкая комбинацию цвета волос и глаз 22.10.2017 Внешность каждого из нас уникальна. "Мамины" глаза, "папин" нос, "бабушкина" фигура - повторить столь гремучую смесь ну никак невозможно. Но даже среди уникумов встречаются и вовсе единороги. Так, недавно ученые вычислили комбинацию цвета глаз и волос, которые попадаются настолько редко, что вероятнее получить удар молнией, чем встретить носителя этих генов. Как думаете, вы тоже входите в их редкое число? Генетика - штука удивительная. И каждое открытие в этой сфере не может не поражать. Как бы абсурдно оно не звучало. К примеру, вы знали, что по современной гипотезе, все люди на Земле с голубыми глазами - родственники? Правда, с корнями родства в очень и очень далеком прошлом. А другая популярная теория гласит, что через два столетия в мире не останется натуральных блондинов. Ген светлых волос будет просто вытеснен из эволюционной гонки куда более крепким темным собратом. Но, несмотря на печальную статистику, голубоглазые блондины - носители не самой редкой внешности на Земле. По крайней мере, пока. Исследователи из Американского химического общества (American Chemical Society) установили, что самая редкая комбинация - это рыжие волосы и голубые глаза. Секрет уникальности в том, что оба гена, отвечающие за цвет волос и глаз, рецессивные. И вероятность унаследовать два сразу необыкновенно мала. К примеру, "небесным взглядом" могут похвастаться только 17% людей на планете (хотя самый редкий оттенок вовсе не голубой, а зеленый). А рыжеволосых среди всего населения Земли - и вовсе не более 2%. Потому голубоглазых "рыжиков" среди нас так мало: всего-то 12,7 миллионов из 7,5 миллиардов. Удивительно, но статистически более вероятно получить удар молнией (шанс в 0,03%), чем встретить человека с рыжими волосами и голубыми глазами (вероятность 0,017%). Чудеса, да и только!

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025