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:

Донорское сердце способно быстро перенимать биологический возраст реципиента 12.10.2026

Возраст органов определяется не только количеством прожитых лет. На молекулярном уровне ткани могут стареть с разной скоростью, а после пересадки, как показывают новые эксперименты, их биологические характеристики способны заметно меняться под воздействием организма, в который они попадают. Исследователи из Бостона обнаружили, что молодые донорские сердца после трансплантации довольно быстро приобретают признаки биологического возраста реципиента, тогда как более старые органы могут, напротив, демонстрировать признаки омоложения. Чтобы оценить эти изменения, ученые применили три так называемых "часа старения" - молекулярных инструмента, позволяющих приблизительно определять биологический возраст клеток и тканей. В отличие от обычного календарного возраста, такие показатели отражают состояние организма на уровне определенных молекулярных изменений. Именно их анализ позволил специалистам проследить, как меняются пересаженные сердца спустя несколько месяцев после операции. Основные ...>>

Samsung Galaxy Buds On: клипсы с искусственным интеллектом вместо внутриканальных наушников 12.10.2026

Беспроводные наушники превратились в одно из самых привычных персональных электронных устройств, однако их конструкция по-прежнему во многом определяется необходимостью размещать излучатель внутри или непосредственно у слухового канала. Компания Samsung решила попробовать другой подход. Представленная модель Galaxy Buds On получила формат наушников-клипсов, которые закрепляются непосредственно на ухе и оставляют слуховой канал открытым. Samsung позиционирует новинку как устройство для продолжительного ношения, тренировок и прогулок, а также для ситуаций, когда пользователю важно одновременно слушать музыку и не терять связь с окружающей обстановкой. В отличие от традиционных внутриканальных моделей, Galaxy Buds On практически не изолируют человека от внешнего мира. При этом речь идет не об экспериментальном прототипе или утечке: официальная информация об устройстве уже опубликована в Samsung Newsroom. Открытая конструкция имеет и очевидный недостаток - добиться такой же глубины н ...>>

Ферроэлектрики научились выдерживать более 10 миллиардов циклов перезаписи 11.10.2026

Энергонезависимая память должна не только быстро записывать и сохранять информацию без постоянного питания, но и выдерживать огромное количество циклов перезаписи. Одним из перспективных вариантов такой технологии считаются ферроэлектрические материалы, однако их практическое применение долгое время ограничивалось сравнительно быстрым разрушением. Исследователям удалось установить механизм этого процесса на атомном уровне и предложить способ, который значительно увеличивает срок службы таких материалов. Работу выполнила группа ученых из Университета электронной науки и техники Сианя (Xidian University) совместно с коллегами из Гонконгского университета и Фуданского университета. Особый интерес специалистов вызвали ферроэлектрики со структурой вюрцита, в частности нитрид алюминия-скандия (AlScN). Эти материалы способны сохранять информацию благодаря изменению направления электрической поляризации на атомном уровне и хорошо совместимы с современными технологиями производства микросхем ...>>

Электромобиль VENTRA с системой очистки воздуха 11.10.2026

Даже автомобили без двигателя внутреннего сгорания не являются полностью безвредными для окружающей среды. При движении любой автомобиль изнашивает шины и тормозные элементы, в результате чего в воздух и на дорожное покрытие попадают мельчайшие частицы. Студенты Эйндховенского технологического университета решили обратить внимание именно на этот мало заметный источник загрязнения и создали концептуальный электромобиль VENTRA, способный собирать часть таких загрязняющих веществ непосредственно во время движения. Проект разработала команда TU/ecomotive, которая оснастила VENTRA специальной системой улавливания частиц, образующихся при износе шин и торможении. Авторы концепта считают, что переход на электрическую тягу сам по себе не решает проблему автомобильных выбросов. Более тяжелые электромобили дополнительно нагружают шины, а их электродвигатели способны обеспечивать очень быстрое ускорение, что также может способствовать повышенному износу резины. Собранные около колес частицы си ...>>

Лазерное переключение магнитов 10.10.2026

Технологии хранения данных постоянно стремятся уменьшить размеры элементов памяти и одновременно увеличить скорость записи информации. Один из возможных путей связан с использованием света, который способен переносить энергию с огромной скоростью и воздействовать на очень небольшие области материала. Инженеры Университета Калифорнии в Сан-Диего (UC San Diego) продемонстрировали необычный способ управления магнитным состоянием вещества, при котором внешнее магнитное поле вообще не требуется. В обычных жестких дисках информация записывается в виде последовательности крошечных магнитных областей, соответствующих значениям 1 и 0. Для изменения их состояния обычно необходимо внешнее магнитное поле, однако такой способ требует значительных энергетических затрат и ограничивает скорость записи. Исследователи UC San Diego предложили альтернативу - так называемое оптическое переключение, при котором магнитное состояние изменяется под воздействием лазерного излучения. По оценкам специалистов, ...>>

Случайная новость из Архива Печать 3D-структур из стекла 23.04.2022 Химически и термически устойчивое стекло намного предпочтительнее в промышленности, медицине и науке, чем пластик. И если люди научились неплохо справляться с печатью пластиковых 3D-моделей, то 3D-печать из стекла могла бы помочь в развитии многих перспективных направлений. Теперь это возможно. Американские и немецкие ученые научились быстро печать стеклянные 3D-модели микронного масштаба. В основе предложенной технологии лежит придуманный учеными Фрайбургского университета материал Glassomer и изобретенный в Калифорнийском университете в Беркли метод 3D-печати под названием "компьютерная аксиальная литография (CAL). Метод CAL был представлен около четырех лет назад. Это фотополимерный метод печати, при котором в толщу жидкой полимерной смолы под разными углами проецируется 2D-модель. Там где сила света достигает порогового значения, происходит быстрое затвердевание смолы. Потом модель достаточно помыть в растворителе для удаления жидкого состава и модель готова, на что уходят считанные минуты. Предложенный немцами материал Glassomer представляет собой смесь прозрачного полимера с порошком из кварцевого стекла. В эту прозрачную смесь также можно проецировать модель, после чего происходит ее отвердевание. После этого модель помещается в печь, где пластик выжигается, а кварцевый порошок спекается в одно стеклянное изделие. Ученым впервые удалось напечатать стекло со структурами в диапазоне 50 микрометров всего за несколько минут, что примерно соответствует толщине человеческого волоса. Кроме того, поверхности компонентов получились более гладкими, чем при использовании обычных процессов 3D-печати. Возможное применение инновационного производственного процесса видится в создании микрооптических компонентов датчиков, при производстве гарнитур виртуальной реальности и современных микроскопов. "Возможность производить такие компоненты на высокой скорости и с большой геометрической свободой позволит в будущем создавать новые функции и более экономически эффективные продукты", - говорят авторы разработки. Особенно перспективным выглядит производство структур в виде микроканалов для приборов медицинской диагностики в системах на чипе, что откроет путь к новой медицине и лучшему контролю над заболеваниями.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026