Рубрика «нейтрино»

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 »

Нобелевская премия 2015 года вручена за “открытие нейтринных осцилляций, которые доказывают, что нейтрино обладает массой”

В 1998 году Такааки Каджиита (Takaaki Kajita), участник в то время коллабора-ции Super-Kamiokande, представил данные, демонстрирующие исчесзновение атмосферных мю-нейтрино, то есть нейтрино, образованных при прохождении космических лучей через атмосферу, на пути их полета к детектору. В 2001 году Артур Б. Макдональд (Arthur B. McDonald), руководитель Sudbury Neutrino Observatory (SNO) Collaboration, опубликовал доказательства превращения солнечных электронных нейтрино в мю- и тау-нейтрино. Эти открытия имели большое значение и ознаменовали прорыв в физике элементарных частиц. Нейтринные осцилляции и взаимосвязанные вопросы природы нейтрино, массы нейтрино и возможности нарушения симметрии зарядового соотношения лептонов – это важнейшии на сегодняшний день вопросы космологии и физики элементарных частиц.
Читать полностью »

image

Во вторник утром Королевская академия наук Швеции объявила о присуждении Нобелевской премии по физике. В этом году её вручили одновременно двум учёным: Такааки Кадзито и Артуру Макдональду. Они провели работы, доказавшую гипотезу о нейтринных осцилляциях. В денежном выражении премия составила сумму в 8 миллионов шведских крон или 63 млн. рублей.
Читать полностью »

image
Проект детектора

К 2022 году американские учёные планируют запустить новый детектор нейтрино — Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE). Он расположится под землёй в бывшем золотом руднике Хоумстейк в штате Южная Дакота. При помощи этого детектора физики будут изучать свойства нейтрино — как рождённых искусственно, так и испущенных звездой при её коллапсе в чёрную дыру.

В 1960-е годы астрофизик Раймонд Дэвис уже размещал в руднике лабораторию для наблюдения солнечных нейтрино. Грядущий детектор будет намного мощнее. Несколько килотонн жидкого аргона в ёмкости диаметром порядка 12 м будут взаимодействовать с пролетающими сквозь него нейтрино.

В основном это будут частицы, испущенные из Национальной ускорительной лаборатории им. Энрико Ферми, также известной, как Фермилаб. Она расположена на расстоянии в 1300 км от будущего детектора DUNE. Но часть времени планируется отдать и под изучение космических нейтрино.

Хотя теоретики давно рассчитали в общем, как должны образовываться чёрные дыры, но никто никогда не наблюдал этого процесса. Известно, что чёрная дыра может образоваться после коллапса звезды массой больше восьми солнечных. Но как именно это происходит? В какой момент звезда становится чёрной дырой? Как часто звёзды превращаются в чёрные дыры? Вместо этого взрыв может закончится образованием нейтронной звезды.

Известно, что в момент коллапса звезды должен зародиться мощный поток нейтрино, которые сумеют покинуть место катастрофы до того, как гравитация достигнет критических показателей. После этого уже ничто не сможет вырваться за пределы чёрной дыры. В результате, на детекторе должна зафиксироваться картина мощного всплеска в потоке нейтрино, который затем резко прервётся. Это и должно стать отпечатком рождения новой чёрной дыры.
Читать полностью »