Рубрика «нейтрино»

Сверхновые и нейтрино - 1Сверхновые – самые распространённые и мощные ядерные бомбы природы. А также это одни из самых полезных явлений для физики частиц и астрофизики.

В сверхновых, у которых коллапсирует ядро, огромное количество протонов через поглощение электронов превращается в нейтроны, с последующим выходом наружу нейтрино. Осуществление этого процесса – одна из важнейших ролей слабого ядерного взаимодействия в природе. Каким-то образом – учёные пока работают над этим вопросом – результирующие ударные волны (возможно, им помогает неизвестная пока нам сила?) разрывают звезду на части.

Одним из наиболее захватывающих событий, произошедших в истории астрономии, был взрыв гигантской голубой звезды в крупнейшей из наших спутниковых галактик, Большом Магеллановом Облаке, произошедший в 1987 году. Это яркое пятно легко увидеть к югу от экватора. Астрономы, смотревшие на небо невооружённым глазом в феврале 1987 года, увидели в Облаке звезду, которой там не должно было быть. Это простое наблюдение породило величайшую волну астрономической активности, прокатившуюся по южной половине Земли, поскольку каждый астроном, у которого были такие возможности, спешил воспользоваться таким случаем, возникающим раз в жизни.
Читать полностью »

IceCube: гигантский замороженный детектор нейтрино - 1

IceCube – один из крупнейших экспериментов мира. Он состоит из кубического километра (почти миллиард тонн) льда, расположенного глубоко под снежной поверхностью южного полюса нашей планеты. Он предназначен для обнаружения нейтрино из глубокого космоса, которые смогут столкнуться с чем-то внутри, или в непосредственной близости от этой глыбы. В этой статье я немного расскажу о том, как он работает.

Неуловимые нейтрино

Чтобы понять мотивацию этого эксперимента, неплохо будет начать с небольшого обзора нейтрино. Их бывает три типа, а также три типа антинейтрино, но пока, вместо того, чтобы обсуждать их различия, давайте сконцентрируемся на том, что у них общего.

Я не буду каждый раз писать «нейтрино и антинейтрино». IceCube не отличит нейтрино и антинейтрино, так что, если не указано обратное, я буду называть их просто «нейтрино». То же верно и для мюонов, под которыми я буду подразумевать мюоны и антимюоны.
Читать полностью »

Как сделать нейтринный луч

Простое объяснение для непрофессионалов того, как сделать луч из нейтрино (детали зависят от конкретной экспериментальной лаборатории).

Сначала создайте луч из протонов – точно так же, как если бы вы нагружали Большой адронный коллайдер (это отдельная история, а пока примем, как данность, существование луча протонов).

Затем столкните протонный луч с мишенью – тонким листом материала. Протоны будут сталкиваться с ядрами атомов материала и разбивать их – не только разделяя на протоны и нейтроны, но и порождая множество других частиц, включая пионы (пример адронов) как с положительным, так и отрицательным электрическим зарядом. Все эти частицы будут вылетать с обратной части листа материала, в результате чего мы получим луч из протонов, нейтронов, пионов и некоторых других частиц.

image
Читать полностью »

Нейтрино – точно так же, как заряженные лептоны (электрон, мюон, тау), кварки верхнего типа (верхний, очарованный, истинный) и нижнего типа (нижний, странный, прелестный) – бывают трёх типов. Но делить на типы их можно разными способами. При этом, из-за квантовой природы нашего мира в один момент времени можно использовать только один из них. В этой статье я объясню, почему так происходит, и как из этого факта следует такой интересный и важный с научной точки зрения факт, как нейтринные осцилляции.

Вы, возможно, считаете, что у каждой частицы есть определённая масса – к примеру, энергия массы электронов равна (E = mc2) 0,000511 ГэВ – и с одной из возможных точек зрения три типа нейтрино не являются исключениями. Мы можем классифицировать три нейтрино по их массам (которые пока точно неизвестны), и называть их, от наиболее лёгких к наиболее тяжёлым, нейтрино-1, нейтрино-2 и нейтрино-3. Мы назовём такое деление массовой классификацией, а такие типы нейтрино – массовыми типами.
Читать полностью »

Про нейтринные осцилляции слышали почти все гики. Про это явление написано много профессиональной литературы и куча популярных статей, но вот только авторы учебников считают, что читатель разбирается в теории поля, да еще и квантовой, а авторы популярных статей обычно ограничиваются фразами в стиле: «Частички летят-летят, а потом БАЦ и превращаются в другие», причем с другой массой (!!!). Постараемся разобраться, откуда берется этот интереснейший эффект и как его наблюдают с помощью огромных установок. А заодно узнаем, как можно найти и извлечь несколько нужных атомов из 600 тонн вещества.

image
Читать полностью »

Недавно прошла 61 годовщина рождения экспериментальной нейтринной физики. К круглой дате я на год опоздал, но все же. Хочу рассказать, как появилась одна из интереснейших областей современной физики. Началось все с того, что для выполнения законов сохранения энергии и импульса придумали принципиально нерегистрируемую частицу. Потом этого «полтергейста» тщательно искали, причем весьма экстравагантным способом. Вплоть до идей взрывать ядерные бомбы ради регистрации 2-3 событий, причем сводобнопадающим в течение пары секунд однотонным детектором.

Так начиналась история совершенно новой области в физике, которая принесла больше Нобелевских премий, чем любая другая.

image
Читать полностью »

Почему большинство частиц дезинтегрируют (а технически говоря, распадаются) на другие?

Физика частиц нашла уже целую гору вроде бы элементарных частиц, и их может быть ещё больше. Но большинство из этих частиц не лежат спокойно на полу в ожидании, пока мы их подметём. Нам нужно было построить особые аппараты, такие, как Большой адронный коллайдер, чтобы произвести их, открыть и изучить. Почему? Потому, что большинство из них – за исключением тех, из которых состоим мы сами, и парочки других – разваливаются (распадаются) на другие частицы за малую долю секунды. На самом деле малую – по сравнению с ней миллионная доля секунды кажется вечностью. Некоторые из них выживают в течение всего триллионной от триллионной доли секунды, или даже меньше!

В данной статье при помощи неплохих, хотя и несовершенных, аналогий, я собираюсь дать вам пару объяснений по поводу того, почему распад – неизбежная судьба большинства элементарных частиц.

Вы можете вспомнить, что волны в квантовом мире состоят из частиц; звуковые волны из фононов, световые из фотонов, и т.п. Или можете просто принять это как данность и продолжить чтение.
Читать полностью »

Не наблюдавшаяся ранее разновидность радиоактивности может объяснить, почему существует материя – включая и людей. Команда физиков запускает эксперимент по поиску необычного явления

image

Когда Вселенная сформировалась порядка 13,7 млрд лет назад, согласно современным теориям материя и её странный родственник, антиматерия, во время Большого взрыва должны были появиться в равных количествах. Физикам известно, что когда две этих сущности вступают в контакт, они аннигилируют. Но в таком случае в космосе не было бы ничего кроме фотонов и нейтрино. И, тем не менее, мы существуем. Расчёты показывают, что материи оказалось немного больше, чем антиматерии – но почему?
Читать полностью »

Проходящие через земное ядро нейтрино не обнаруживают стерильности - 1

В физике периодически всплывают соблазнительные намёки на существование стерильных (инертных) нейтрино – теоретическом четвёртом типе нейтрино, отличающихся от трёх остальных, предсказанных Стандартной моделью. Исследователи пытаются найти его при помощи нейтринной обсерватории IceCube (Ледяной куб). Это мощный детектор нейтрино в Антарктике, способный распознавать приходящие из космоса нейтрино. Может ли так случиться, что мы обнаружим эту частицу и устремимся в новую захватывающую эру физики?

Нет. Поиски на IceCube ни к чему не привели, судя по опубликованным в начале августа 2016 года результатам. Отсутствие обнаружений не означает, что стерильных нейтрино не существует, но накладывает на них самые строгие ограничения, сильно сужая диапазон возможных энергий и определяя направление будущих поисков.

Если бы стерильные нейтрино нашлись, они бы объяснили аномалии в старых исследованиях, открыли бы нам новую физику за пределами Стандартной модели и обеспечили бы ключи к таким загадкам, как природа тёмной материи и дисбаланс между материей и антиматерией во Вселенной. «Если добавить четвёртое нейтрино, всё меняется»,- говорит Фрэнсис Хальцен [Francis Halzen], начальник проекта IceCube и один из авторов работы.
Читать полностью »

Уйти под землю чтобы увидеть Солнце - 1

Эти фото кажутся скринами из какой-нибудь компьютерной игры, но это реальная строительная площадка в подземелье. На глубине 1,5 км в бывшей самой глубокой золотой шахте Северной Америки Homestake расположилась научно-исследовательская астрофизическая лаборатория Sanford Underground Research Facility.Читать полностью »