Відкрити головне меню

Нейтри́но — стабільні нейтральні лептони з напівцілим спіном, що беруть участь лиш у слабкій і гравітаційній взаємодіях — надзвичайно мляво взаємодіють з речовиною: нейтрино з енергією 1 МеВ мають у свинці довжину вільного пробігу ~ 1020 см (~ 100 світлових років).

Нейтрино
FirstNeutrinoEventAnnotated.jpg
Склад: елементарна частинка
Родина: ферміон
Група: лептон
Покоління: три покоління: електронне, мюонне, таонне
взаємодії: слабка, гравітаційна
Частинка: нейтрино
Античастинка: антинейтрино
Передбачена: 1930, Вольфганг Паулі
Відкрита: 1956, Клайд Кован[en], Фредерік Рейнз, Ф.Б. Гаррісон, Г.В. Крузе та А.Д. Макґваєр
Символ: ν
Число типів: 3
Маса: дискутується
Електричний заряд: 0
Спін: 1/2

Нейтри́но — стабільна, електрично нейтральна елементарна частинка, маса якої близька до нуля. Вона належить до групи лептонів. Швидкість руху нейтрино близька до швидкості світла. Розрізняють нейтрино електронне, мюонне і тау-лептонне нейтрино. Нейтрино і відповідні їм антинейтрино беруть участь тільки у слабких та гравітаційних взаємодіях. Вони відіграють велику роль у перетвореннях елементарних частинок, у глобальних космогонічних процесах.

Зміст

Властивості нейтриноРедагувати

Кожному зарядженому лептону відповідає своя пара нейтрино/антинейтрино:

Маса нейтрино вкрай мала у порівнянні з іншими елементарними частинками. Останні експериментальні оцінки (на травень 2012), отримані в ході роботи австралійської колаборації WiggleZ на англо-австралійському телескопі засвідчують, що верхня межа маси для усіх ароматів нейтрино становить всього 0,29 еВ [1].

Маса нейтрино важлива для пояснення феномену прихованої маси в космології, оскільки, незважаючи на її мале значення, концентрація нейтрино у Всесвіті достатньо висока, щоб істотно вплинути на середню густину речовини.

Якщо нейтрино мають ненульову масу, то різні види нейтрино можуть перетворюватися один в одного. Це так звані осциляції нейтрино, на користь яких свідчать спостереження сонячних нейтрино, кутової анізотропії атмосферних нейтрино, а також проведені на початку цього століття експерименти з реакторними (див. KamLAND) і прискорювальними нейтрино. Крім того, існування осциляцій нейтрино, ймовірно, напряму підтверджено експериментами в нейтринній лабораторії в Садбері[en](Нобелівська премія з фізики за 2015 рік). Підтвердження осциляцій нейтрино вимагатиме внесення змін в Стандартну Модель.

СпіральністьРедагувати

Нейтрино має спін 1/2. Проте експериментально детектуються тільки нейтрино з певною спіральністю, тобто тільки нейтрино з однією проекцією спіну на напрямок руху, який задається імпульсом. Нейтрино мають ліву спіральність, антинейтрино - праву спіральність. Ліва спіральність нейтрино означає те, що його спін направлений протилежно до імпульсу.

Історія відкриттяРедагувати

Однією з основних проблем в ядерній фізиці 20-30-их років XX століття була проблема бета-розпаду: спектр електронів, що утворюються при β-розпаді, виміряний англійським фізиком Джеймсом Чедвіком ще 1914 року, мав неперервний характер, тобто, з ядра вилітають електрони з найрізноманітнішими енергіями.

Розвиток квантової механіки в 20-их роках призвів до розуміння дискретності енергетичних рівнів в атомному ядрі: це припущення висловила австрійський фізик Ліза Мейтнер 1922 року. Виходячи з цих міркувань, спектр частинок, що вилітають при розпаді ядра повинен бути дискретним, і показувати енергії, рівні різницям енергій рівнів, між якими при розпаді відбувається перехід. Таким, наприклад, є спектр альфа-частинок при альфа-розпаді.

Отже, неперервність спектру електронів β-розпаду ставила під сумнів закон збереження енергії. Питання стояло настільки гостро, що 1931 року знаменитий данський фізик Нільс Бор на Римській конференції виступив з ідеєю про незбереження енергії. Проте було й інше пояснення — втрачену енергію відносить якась невідома і непомітна частинка.

Пропозиція ПауліРедагувати

Гіпотезу про існування частинки, яка надзвичайно слабо взаємодіє з речовиною, висунув 4 грудня 1930 Паулі — у в неформальному листі учасникам фізичної конференції в Тюбінгені:

...маючи на увазі ... неперервний β-спектр, я зробив відчайдушну спробу врятувати «обмінну статистику» і закон збереження енергії. А саме, є можливість того, що в ядрах існують електрично нейтральні частинки, які я називатиму «нейтронами» і які мають спін 1/2. Маса «нейтрона» за порядком величини повинна бути порівнянною з масою електрона і в усякому разі не більше від 0,01 маси протона. Неперервний β-спектр тоді став би зрозумілим, якщо припустити, що при β-розпаді разом з електроном вилітає ще й «нейтрон» таким чином, що сума енергій «нейтрона» і електрона залишається сталою.
Я визнаю, що такий вихід може здатися на перший погляд маловірогідним. Проте не ризикнувши, не виграєш; серйозність положення з неперервним β-спектром добре проілюстрував мій поважний попередник пан Дебай, який недавно заявив мені в Брюселі: «Про ... це краще не думати зовсім, як про нові податки».
(«Відкритий лист групі радіоактивних, що зібралися в Тюбінгені», цит. за М. П. Рекало, Нейтрино.)

Втім, нейтроном було названо іншу елементарну частинку.

На Сольвеївському конгресі[en] 1933 року в Брюселі Паулі виступив з рефератом про механізм β-розпаду з участю легкої нейтральної частинки зі спіном 1/2, в якому, з посиланням на пропозицію Фермі, назвав гіпотетичну частинку «нейтрино». Цей виступ був фактично першою офіційною публікацією, присвяченою нейтрино.

Експериментальне спостереженняРедагувати

Нейтрино вперше спостерігала 1956 року група Клайда Кована[en] та Фредеріка Райнеса[2][3] за механізмом, який 1942 року запропонував Ван Ганьчан[4]. За це відкриття Фредерік Райнес отримав Нобелівську премію з фізики 1995 року. Спостерігалися антинейтрино, утворені в ядерному реакторі. Вони взаємодіють з протонами за реакцією:

νe + p+n0 + e+.

Надалі утворений позитрон швидко анігілює з електроном, й утворюються два гамма-кванти. Отже, експериментально потрібно зафіксувати подію, коли одночасно детектується нейтрон та два гамма-кванти.

Леон Ледерман, Мелвін Шварц та Джек Стейнбергер 1962 року вперше спостерігали мюонне нейтрино, за що 1988 року отримали Нобелівську премію. Про існування тау-нейтрино було повідомлено 2000 року проектом DONUT у Фермілабі[en].

Реймонд Девіс та Масатосі Косіба отримали Нобелівську премію 2002 року за спостереження нейтрино від наднових зір, що заклало початок нейтринної астрономії.

Див. такожРедагувати

ПриміткиРедагувати

  1. Установлено строгое астрофизическое ограничение на массы нейтрино
  2. C.L Cowan Jr., F. Reines, F.B. Harrison, H.W. Kruse, A.D McGuire (1956). Detection of the Free Neutrino: a Confirmation. Science 124 (3212): 103–4. Bibcode:1956Sci...124..103C. PMID 17796274. doi:10.1126/science.124.3212.103. 
  3. K. Winter (2000). Neutrino physics. Cambridge University Press. с. 38ff. ISBN 978-0-521-65003-8. 
    Джерело відтворює статтю 1956 року.
  4. K.-C. Wang (1942). A Suggestion on the Detection of the Neutrino. Physical Review 61 (1–2): 97. Bibcode:1942PhRv...61...97W. doi:10.1103/PhysRev.61.97. 

ПосиланняРедагувати