Все записи
21:33  /  6.10.15

6061просмотр

Нейтринные осцилляции

+T -
Поделиться:

Летит нейтрино сквозь рогатки и препоны
И за Можай его, нейтрино, не зашлют.
Закон Кулона не объявишь вне закона,
Ну разве что через Бассманный суд…

Т. Шаов

Жаль, что нейтрино не схватишь за бороду
И не посадишь в пробирку,
Но было бы здорово, чтоб Понтекорво
Мог крепче схватить его за шкирку.

В. Высоцкий

Алексей Алексенко попросил меня прокомментировать свежую нобелевскую премию по физике. Т. к. все новости он уже прекрасно осветил сам, я решил рассказать кое что из истории нейтрино. История эта очень поучительна и как нельзя лучше иллюстрирует некоторые положения общего характера, о которых мне и хотелось бы поговорить.

Нейтрино представляет собой одну их элементарных частиц материи, причем такую, которая очень слабо взаимодействует со всем остальным миром. Именно с этим связаны грандиозные трудности в его наблюдении. Поскольку нейтрино не несет электрического заряда, оно не участвует в электромагнитных взаимодействиях. Не принимает оно участия и в сильных внутриядерных взаимодействиях, Поскольку эти два взаимодействия ответственны за построение вещества (сильное связывает нейтроны и протоны в ядрах элементов, а электромагнитное привязывае электроны к ядру), то, на первый взгляд, в нейтрино нет никакой необходимости. Т.е. если не приглядываться очень тщательно, то можно объяснить всю таблицу Менделеева и без него. И если читатель заглянет в учебники, имеющие дело с квантовой химией, то про нейтрино там ни слова. Думаю, что даже в классическом курсе теоретической физики Ландау и Лифшица в томе “Квантовая механика” ничего про нейтрино нет.

На самом деле такая необходимость существует, и открытие нейтрино открыло перед физиками целый новый мир, полный элегантнейших математических конструкций, наполнивших сердца многих вдохновением. Но об этом позже, сначала о том, как нейтрино нашли.

Искать же его стали только тогда, когда обнаружилось, когда недосчитались энергии в процессах распада нейтронов. Нейтроны входят в состав ядер всех элементов, кроме водорода. В ядрах они, как правило,  стабильны, в свободном состоянии распадаются. Продуктами распада явлются положительно заряженный протон и отрицательно заряженный электрон, и ту и другую заряженную частицу было легко обнаружить. И если б физики скребли по поверхности, то все б выглядело прекрасно, зачем вводить лишние сущности без необходимости.

Однако,  поскольку физика хочет быть точной наукой, то экспериментаторы не удовлетворились тем, что при распаде нейтрона сохранялся электрический заряд, а проследили за тем, выполняются ли законы сохранения энергии и импульса. Оказалось, что нет, некоторое количество куда то исчезало. Чтобы покрыть недочет, предположили, что в распаде принимает участие еще одна частица, получившая в конце концов итальянское имя нейтрино (нейтрончик, если быть точным, то при распаде нейтрона образуется антинейтрино).

Открытие нейтрино привело к пониманию того, что в природе, в дополнение к гравитационным, электромагнитным и сильным взаимодействиям есть еще и четвертая сила: слабые взаимодействия, с помощью которых взаимодействует с остальным миром нейтрино. Слабые взаимодействия ответственны за множество ядерных реакций, идущих сравнительно медленно (период полураспада нейтрона составляет, если мне не изменяет память, 17 минут), а такие реакции чрезвычайно важны для нас.

Пожалуй, самым удивительным явлением, связанным со слабыми взаимодействиями, было открытие нарушения четности в распадах частиц, вызванных слабыми взаимодействиями. Выражаясь повседневным языком, это означает, что Природа различает правое и левое, что разница между ними фундаментальна, проявлется на самом глубоком уровне. Математические уравнения, описывающие динамику микромира, оказались  инвариантны относительно одновременной замены направления времени, правого и левого и частиц на античастицы (CTP invariance). CPT инвариантность считается одним из фундаментальных законов Природы. 

Долгое время считалось,что у нейтрино нет массы, т.е. оно, как и кванты света, всегда летит со световой скоростью. Считалось также, что существуют три сорта нейтрино (электронное, мюонное и тау) так, что нейтрино каждого сорта появляется в процессах распада вместе с электроном, мюоном или тау лептоном. Сейчас понято, что оба эти предположения несправедливы. В частности, данная нобелевская премия имеет отношение к нейтринным осцилляциям, т.е. процессам, в которых один сорт нейтрино превращается в другой. Для того, чтобы такие процессы существовали, нужно, чтобы у нейтрино была масса. Про нее известно пока только то, что она чрезвычайно мала, меньше или порядка одной миллионной массы электрона. 

 

 

Комментировать Всего 12 комментариев

Алеша, описанная тобой краткая история нейтрино не касается вопроса, что за дело человечеству до этой ничтожной частицы. Понимаю, что вопрос уходит в бесконечность, и все же. На днях, когда мы наблюдали кровавую луну, я сказал соседке, что уже греки вычисляли размер Луны по радиусу земной тени затмения. Соседка неподдельно изумилась: зачем они это делали???

Соседка, добавлю, вполне интеллигентного вида милейшая тетка средних лет с замечательной фамилией: миссис Максвелл.

Зачем бушует ветр в овраге,

Сухие листья, пыль несет,

Когда корабль в недвижной влаге 

Его дыханья жадно ждет?

Зачем, меж гор и мимо башен

Летит орел, тяжел и страшен

На пень гнилой? Спроси его,

Зачем арапа своего 

Младая любит Дездемона?

Затем, что ветру и орлу

И сердцу девы нет закона.

Гордись таков и ты, поэт,

И для тебя условий нет. 

Это все замечательно, дорогой. Но Александр Сергеевич не задался тут вопросом, зачем публика будет оплачивать налогами высокие полеты иных орлов. Которые без того не летают.

Объяснить публике зачем ей финансировать наше любопытство? Как ты помнишь, один философ недавно воскликнул "Не прельщайте нас плодами!"

Тем более, перед когортой подобных философов.

Позволю обратить Ваше внимание, дорогие коллеги, что "массивность" нейтрино самым прямым образом связана с горячо ранее обсуждаемым антропным принципом....

Вполне возможно, что в иных обстоятельствах наш Мир просто бы исчез в аннигиляционной вспышке.....

И не помогли бы и высшие силы в своем бессилии. Ну прямо, как у Бориса Натановича - "Бессильные мира сего" 

Прочтите внимательно то, что было написано про АП.

Алексей, никто у нас на "Снобе" так увлекательно и доходчиво не пишет о науке, как Вы! И эти Ваши "Нейтринные осцилляции"  - ещ...сорвалось... продолжил ниже....

Алексей, никто у нас на "Снобе" так увлекательно и доходчиво не пишет о науке, как Вы! И эти Ваши "Нейтринные осцилляции"  - ещё один пример...Читать    красивую и умную Марию Казаченко на эту тему и бесподобного Алексея Алексеенко для меня затруднительно именно по причине моего очень плохого образования. А Вы как-то входите в ситуацию таких, как я... Язык, стиль, тон, поэзия, то, сё, и дочитываешь до конца и кое-что начинаешь соображать)! Спасибо, дорогой! Продолжайте. Это особый дар - уметь рассказать просто о сложном!

Эту реплику поддерживают: Aurelia Gheorghieva

Спасибо, Эдуард! Ради таких, как Вы, и пишу.