Нейтрино

Файл:First neutrino observation.jpg

Одно из первых наблюдений взаимодействия нейтрино в пузырьковой камере.

Нейтри́но — стабильные нейтральные лептоны с полуцелым спином, участвующие только в слабом и гравитационном взаимодействиях. Нейтрино малой энергии чрезвычайно слабо взаимодействуют с веществом: так нейтрино с энергией порядка 3-10 МэВ имеют в воде длину свободного пробега ~ 10¹⁸ м (~ 100 св. лет). Также известно, что без видимых последствий каждую секунду через тело каждого человека на Земле проходит ~ 10¹⁴ нейтрино, испущенных Солнцем. В то же время, нейтрино высоких энергий успешно обнаруживаются по их взаимодействию с мишенями.

Свойства нейтрино

Каждому заряженному лептону соответствует своя пара нейтрино/антинейтрино:

• электронное нейтрино/антинейтрино
• мюонное нейтрино/антинейтрино
• тау-нейтрино/антинейтрино

Масса электронного нейтрино крайне мала. Верхняя экспериментальная оценка составляет всего 2 эВ (получена для антинейтрино). Верхние пределы для масс мюонного и тау-нейтрино на настоящий момент (2006 г.) оцениваются в 190 кэВ и 18,2 МэВ соответственно.

Масса нейтрино важна для объяснения феномена скрытой массы в космологии, так как, несмотря на её малость, концентрация нейтрино во Вселенной достаточно высока, чтобы существенно повлиять на среднюю плотность.

Если нейтрино имеют ненулевую массу, то различные виды нейтрино могут преобразовываться друг в друга. Это так называемые нейтринные осцилляции, в пользу которых свидетельствуют наблюдения солнечных нейтрино, угловой анизотропии атмосферных нейтрино, а также проведённые в начале этого века эксперименты с реакторными (см. KamLAND) и ускорительными нейтрино. Кроме того, существование нейтринных осцилляций напрямую подтверждено опытами в Садбери. Подтверждение нейтринных осцилляций потребует внесения изменений в Стандартную Модель.

История открытия

Одной из основных проблем в ядерной физике 20-30-х годов ХХ века была проблема бета-распада: спектр электронов, образующихся при $\beta$-распаде, измеренный английским физиком Джеймсом Чедвиком ещё в 1914 г. имеет непрерывный характер, то есть, из ядра вылетают электроны самых различных энергий.

Развитие квантовой механики в 1920-х годах привело к пониманию дискретности энергетических уровней в атомном ядре: это предположение было высказано австрийским физиком Лизой Мейтнер в 1922. То есть, спектр вылетающих при распаде ядра частиц должен быть дискретным, и показывать энергии, равные разницам энергий уровней, между которыми при распаде происходит переход. Таковым, например, является спектр альфа-частиц при альфа-распаде.

Таким образом, непрерывность спектра электронов $\beta$-распада ставила под сомнение закон сохранения энергии. Вопрос стоял настолько остро, что в 1931 г. знаменитый датский физик Н. Бор на Римской конференции выступил с идеей о несохранении энергии! Однако было и другое объяснение — потерянную энергию уносит какая-то неизвестная и незаметная частица.

Гипотезу о существовании чрезвычайно слабо взаимодействующей с веществом частицы, выдвинул 4 декабря 1930 г. Паули — не в статье, а в неформальном письме участникам физической конференции в Тюбингене:

…имея в виду … непрерывный $\beta$-спектр, я предпринял отчаянную попытку спасти «обменную статистику» и закон сохранения энергии. Именно имеется возможность того, что в ядрах существуют электрически нейтральные частицы, которые я буду называть «нейтронами» и которые обладают спином 1/2… Масса «нейтрона» по порядку величины должна быть сравнимой с массой электрона и во всяком случае не более 0,01 массы протона. Непрерывный $\beta$-спектр тогда стал бы понятным, если предположить, что при $\beta$-распаде вместе с электроном испускается ещё и «нейтрон» таким образом, что сумма энергий «нейтрона» и электрона остаётся постоянной.

Я признаю, что такой выход может показаться на первый взгляд маловероятным… Однако не рискнув, не выиграешь; серьёзность положения с непрерывным $\beta$-спектром хорошо проиллюстрировал мой уважаемый предшественник г-н Дебай, который недавно заявил мне в Брюсселе: «О… об этом лучше не думать вовсе, как о новых налогах».

(«Открытое письмо группе радиоактивных, собравшихся в Тюбингене», цит. по М. П. Рекало, Нейтрино.)

Впоследствии нейтроном была названа, как оказалось, другая элементарная частица.

На Сольвеевском Конгрессе 1933 г. в Брюсселе Паули выступил с рефератом о механизме $\beta$-распада с участием лёгкой нейтральной частицы со спином 1/2, в котором, со ссылкой на предложение Ферми, назвал гипотетическую частицу «нейтрино». Это выступление было фактически первой официальной публикацией, посвящённой нейтрино.

См. также

• Нейтринное охлаждение
• Бета-распад
• Скрытая масса
• Нейтринные осцилляции
• Список экспериментов в физике нейтрино

Ссылки

• Физическая энциклопедия, т.3 — М.:Большая Российская Энциклопедия: статья «Нейтрино» www.physicum.narod.ru/vol_3/258.pdf стр.258

---

Эта страница использует содержимое раздела Википедии на русском языке. Оригинальная статья находится по адресу: Нейтрино. Список первоначальных авторов статьи можно посмотреть в истории правок. Эта статья так же, как и статья, размещённая в Википедии, доступна на условиях CC-BY-SA .

---