Нейтрино
-
Определение и свойства нейтрино
- Нейтрино — элементарная частица, взаимодействующая через слабое и гравитационное взаимодействия.
- Масса покоя нейтрино очень мала, что долгое время считалось равным нулю.
- Слабое взаимодействие имеет малый радиус действия, гравитационное взаимодействие слабо из-за малой массы нейтрино.
- Нейтрино не участвуют в электромагнитном и сильном взаимодействиях.
-
Типы нейтрино
- Существуют три типа нейтрино: электронное, мюонное и тау-нейтрино.
- Каждый тип ассоциируется с соответствующим заряженным лептоном.
- Нейтрино могут колебаться между различными ароматами.
-
История открытия
- Нейтрино было постулировано Вольфгангом Паули в 1930 году.
- Джеймс Чедвик открыл нейтрон в 1932 году, оставив два вида частиц с одинаковыми названиями.
- Энрико Ферми ввел термин «нейтрино» в 1932 году.
- Первое доказательство реальности нейтрино появилось в 1938 году.
-
Прямое обнаружение нейтрино
- В 1942 году Ван Ганчан предложил использовать бета-захват для обнаружения нейтрино.
- В 1956 году Клайд Коуэн и другие подтвердили существование нейтрино.
- В 1965 году Фредерик Рейнс и другие идентифицировали первое обнаруженное нейтрино.
-
Нейтринный аромат
- В 1962 году Леон Ледерман и другие обнаружили мюонное нейтрино.
- В 2000 году коллаборация DONUT объявила о первом обнаружении тау-нейтрино.
-
Проблема солнечных нейтрино
- В 1960-х годах было обнаружено несоответствие между потоком нейтрино и солнечной моделью.
- В 1995 году Р. Дэвис и другие получили Нобелевскую премию за подтверждение нейтринных колебаний.
-
История исследования нейтринных колебаний
- Бруно Понтекорво предложил метод исследования в 1957 году.
- Станислав Михеев и Алексей Смирнов отметили эффект Михеева-Смирнова-Вольфенштейна в 1985 году.
- Эксперименты с 1998 года показали изменение вкуса солнечных и атмосферных нейтрино.
-
Космические нейтрино
- Ожидается фоновый уровень нейтрино, возникающий из-за Большого взрыва и сверхновых.
- Нобелевская премия 2002 года присуждена за обнаружение солнечных нейтрино и нейтрино от сверхновой SN 1987A.
-
Свойства и реакции нейтрино
- Нейтрино имеют полуцелый спин и взаимодействуют только слабо.
- Существуют три типа нейтрино: электронные, мюонные и тау-нейтрино.
- Нейтрино обладают массой, но их массы ничтожно малы.
-
Колебания вкуса нейтрино
- Нейтрино колеблются между различными ароматами при прохождении через вещество.
- Эффект Михеева-Смирнова-Вольфенштейна объясняет изменение вкуса нейтрино.
-
Антинейтрино
- Антинейтрино имеют противоположные знаки лептонного числа и хиральности.
- Антинейтрино образуются при ядерном бета-распаде и имеют правостороннюю спиральность.
- Антинейтрино могут использоваться для мониторинга реакторов.
-
Масса Майораны
- Возможно, нейтрино и антинейтрино — это одна и та же частица.
- Майорановские нейтрино могут объяснить малые массы нейтрино.
- Неизвестно, являются ли нейтрино майорановскими или дираковскими частицами.
-
Нейтрино и лептонное число
- Нейтрино могут быть майорановскими частицами, что разрешает процессы, нарушающие лептонное число.
- Эксперименты, такие как ГЕРДА, EXO, SNO+ и КУОРЕ, изучают это явление.
- Космические нейтрино также помогают определить, являются ли нейтрино майорановскими.
-
Ядерные реакции и нейтрино
- Нейтрино могут взаимодействовать с ядрами, превращая их в другие ядра.
- Вероятность взаимодействия возрастает с увеличением количества нейтронов и протонов.
- Взаимодействие антинейтрино с водородом в воде используется для идентификации нейтрино.
-
Индуцированное расщепление и другие явления распада
- Нейтрино могут вызывать реакции деления внутри тяжелых ядер.
- Нейтринно-индуцированный распад ядер дейтерия наблюдался в Садбери.
-
Типы нейтрино
- Известно три типа нейтрино: электронное, мюонное и тау-нейтрино.
- Измерения времени жизни Z-бозона показали, что существует три типа легких нейтрино.
-
Исследование нейтрино
- Исследования направлены на поиск массы нейтрино, степени нарушения лептонного числа и доказательств нарушения стандартной модели.
- Эксперименты вблизи искусственных источников нейтрино ищут нарушение CP в нейтринном секторе.
-
Гравитационные эффекты и темная материя
- Нейтрино могут влиять на другую материю, но не являются существенной частью темной материи.
- Более тяжелые стерильные нейтрино могут составлять теплую темную материю.
-
Поиски стерильных нейтрино
- Эксперименты, такие как LSND и MiniBooNE, указывают на существование стерильных нейтрино.
- Данные экспериментов неоднозначны, но большинство исключают существование легкого стерильного нейтрино.
-
Безнейтринный двойной бета-распад
- Поиски безнейтринного двойного бета-распада продолжаются, но пока не найдено доказательств.
-
Нейтрино космических лучей
- Эксперименты с космическими нейтрино изучают их природу и источники.
-
Скорость нейтрино
- До обнаружения осцилляции нейтрино считалось, что они не имеют массы и движутся со скоростью света.
- Современные детекторы нечувствительны к разнице в скорости нейтрино и света.
- Измерения скорости нейтрино подтверждают скорость света.
-
Сверхсветовой нейтринный сбой
- В 2011 году OPERA сообщила о скоростях нейтрино, превышающих скорость света.
- Независимые эксперименты не подтвердили эти результаты.
-
Масса нейтрино
- Стандартная модель предполагала, что нейтрино не имеют массы.
- Экспериментально установленные осцилляции нейтрино требуют наличия массы у нейтрино.
-
Масса нейтрино
- Масса нейтрино может быть сгенерирована механизмом Дирака или Майораны.
- Космологические данные ограничивают массу нейтрино до 0,09 эВ/с2.
- Нобелевская премия 2015 года присуждена за открытие нейтринных осцилляций.
-
Экспериментальные данные
- Нейтрино могут колебаться от одного аромата к другому, что требует ненулевой массы.
- Абсолютный масштаб массы нейтрино неизвестен, но существует по крайней мере одно состояние с массой не менее 0,05 эВ/с2.
- В Майнцском эксперименте установлен верхний предел массы электронного нейтрино m < 2,2 эВ/с2.
-
Хиральность нейтрино
- Все нейтрино имеют левостороннюю спиральность, а антинейтрино — правостороннюю.
- Существование правосторонних нейтрино и левосторонних антинейтрино возможно, но их свойства отличаются от наблюдаемых.
-
Аномалия GSI
- Наблюдается колебательная модуляция скорости распада радиоактивных ионов.
- Возможные объяснения включают новые свойства нейтрино или различия между собственными массами нейтрино.
-
Источники нейтрино
- Ядерные реакторы являются основным источником нейтрино.
- Ускорители элементарных частиц и коллайдеры также производят нейтрино.
- Ядерное оружие также генерирует большое количество нейтрино.
-
Обнаружение нейтрино
- Фред Рейнс и Клайд Коуэн рассматривали возможность обнаружения нейтрино из бомбы.
- Дж.М.Б. рекомендовал ядерный реактор как лучшую альтернативу.
-
Геологические нейтрино
- Нейтрино образуются вместе с естественным фоновым излучением.
- Цепочки распада изотопов 238U, 232Th и 40K включают бета-распады, испускающие антинейтрино.
- Первое указание на геонейтрино было обнаружено в 2005 году.
-
Атмосферные нейтрино
- Возникают в результате взаимодействия космических лучей с атомными ядрами в атмосфере Земли.
- В 1965 году зарегистрировано первое взаимодействие космических лучей с нейтрино.
-
Солнечные нейтрино
- Образуются в результате ядерного синтеза на Солнце.
- Солнце посылает огромное количество нейтрино во всех направлениях.
-
Нейтрино от сверхновых звезд
- Колгейт и Уайт подсчитали, что нейтрино уносят большую часть энергии при коллапсе массивных звезд.
- В 1987 году обнаружены нейтрино от сверхновой 1987А.
- Нейтринный сигнал от сверхновой достигает Земли раньше электромагнитных волн.
-
Остатки сверхновых
- Энергия нейтрино сверхновых звезд колеблется от нескольких до нескольких десятков МэВ.
- Ожидается, что в остатках сверхновых образуются нейтрино очень высоких энергий.
-
Нейтрино очень высоких энергий
- Основные эксперименты: «Байкал», «АМАНДА», «Ледяной куб», «АНТАРЕС», «НЕМО» и «Нестор».
- Обсерватории гамма-излучения: VERITAS, HESS и MAGIC.
-
Нейтрино и темная материя
- В 1980-х годах предположили, что нейтрино могут быть темной материей.
- Нейтрино очень легкие и быстро перемещаются, что делает их «горячей темной материей».
- Нейтрино не могут составлять значительную часть темной материи.
-
Обнаружение нейтрино
- Нейтрино не могут быть обнаружены напрямую из-за отсутствия электрического заряда.
- Методы обнаружения требуют минимальной пороговой энергии.
- Антинейтрино были впервые обнаружены в 1950-х годах.
-
Методы обнаружения
- Суперкамиоканде использует воду и фотоэлектронные умножители.
- Нейтринная обсерватория Садбери использует тяжелую воду и фотодиссоциацию дейтерия.
- MINOS использует твердый пластик и фотоумножители.
- Borexino использует жидкий псевдокумменный сцинтиллятор и фотоумножители.
- NOvA использует жидкий сцинтиллятор и лавинные фотодиоды.
- IceCube использует антарктический ледяной покров и фотоумножители.
-
Научный интерес
- Малая масса и нейтральный заряд нейтрино делают их полезными для исследования окружающей среды.
- Нейтрино могут проникать в ядро Солнца и межзвездную среду.
- Нейтрино полезны для исследования астрофизических источников и сверхновых.
- Масса покоя нейтрино важна для космологических и астрофизических теорий.
-
Применение нейтрино
- Нейтрино используются для связи и передачи сообщений.
- IceCube отследил нейтрино до источника в блазаре TXS 0506+056.
- IceCube обнаружил высокоэнергетическое излучение нейтрино из NGC 1068.
- Астрономы впервые обнаружили выброс нейтрино из плоскости галактики Млечный Путь.