Полiт.ua Государственная сеть Государственные люди Войти
9 декабря 2016, пятница, 20:23
Facebook Twitter LiveJournal VK.com RSS

НОВОСТИ

СТАТЬИ

АВТОРЫ

ЛЕКЦИИ

PRO SCIENCE

ТЕАТР

РЕГИОНЫ

06 октября 2015, 19:04

Нейтрино меняет маски

Обнаружение нейтринных осцилляций в Сандбери
Обнаружение нейтринных осцилляций в Сандбери

Сегодня было объявлено, что лауреатами Нобелевской премии по физике 2015 года стали двое ученых, занимающихся исследованием нейтрино: Такааки Кадзита из Токийского университета и Артур Макдоналд из Университета Квинс в канадской провинции Онтарио. Оба ученых возглавляют масштабные эксперименты по обнаружению нейтринных осцилляций.

С нейтрино трудно иметь дело. Эти частицы почти не взаимодействуют с веществом. Через каждого из нас в секунду пролетает около 500 триллионов нейтрино, но ни с нами, ни с нейтрино при этом ничего не происходит. Изначально с нейтрино имели дело только физики-теоретики. Вольфганг Паули, предположивший в 1930 году наличие этой частицы, чтобы объяснить сохранение энергии при бета-распаде, признавался, что совершил ужасный поступок – предположил наличие частицы, которую нельзя обнаружить. Лишь в  1956 году американские физики Фредерик Райнес и Клайд Коуэн впервые сумели получить след нейтрино на детекторе.

В тех редких случаях, когда нейтрино все-таки взаимодействует с веществом, после столкновения их с протонами и нейтронами могут возникать три типа частиц: электроны, мюоны или тау-лептоны. Поэтому нейтрино разделяются на три типа, соответственно, электронное, мюонное и тау-нейтрино. В 1957 году Бруно Понтекорво в «Журнале экспериментальной и теоретической физики» опубликовал статью, где предположил, что нейтрино разных типов могут превращаться друг в друга (осциллировать). Это теоретическое предположение было весьма интересным, так как для существования нейтринных осцилляций было необходимо наличие у этой частицы ненулевой массы, в чем многие физики-теоретики тогда сомневались. Со временем появлялось все больше косвенных данных в пользу нейтринных осцилляций, а затем стали давать первые результаты долговременные эксперименты, направленные на их поиск. То, что эти эксперименты в свое время были начаты, заслуга отца нейтринной астрономии Раймонда Дэвиса, который после многолетних усилий впервые сумел зарегистрировать нейтрино, образовавшиеся в ходе ядерных реакций на Солнце (Нобелевская премия по физике 2005 года).

Совсем недавно об успешном обнаружении нейтринных осцилляций объявили физики, работающие в международном проекте OPERA (Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus – «проект по изучению нейтринных осцилляций, использующий анализ эмульсионных пленок»). Об этом мы рассказывали в специальном очерке «Метаморфозы нейтрино». Но в том случае поток нейтрино для эксперимента генерировался на протонном суперсинхротроне ЦЕРНа в Женеве. Нейтрино проходили под землей более 700 километров до расположенного в Италии детектора, где и искались следы осцилляций. Сегодняшние лауреаты занимались поиском осцилляций в «естественных» потоках нейтрино, которые летят к нам от Солнца или образуются при взаимодействии космических лучей с ядрами атомов в атмосфере.

Артур Макдоналд руководит нейтринной обсерваторией в канадском городе Сандбери. Детектор там был сооружен в 1999 году и работал до 2006 года, когда он был остановлен и начаты работы по переоборудованию его для нового нейтринного эксперимента (они еще продолжаются). Нейтринный детектор в Сандбери представляет собой акриловую сферу толщиной 5,5 см и диаметром 12 метров, содержащую 1000 тонн тяжелой воды. Сфера окружена 9600 фотоэлектронными умножителями.

 

Схема детектора в Сандбери

 

Строительство детектора

Нейтринная обсерватория в Сандбери была нацелена на исследование солнечных нейтрино, которые задали физикам дополнительную загадку. Дело в том, что после того, как Дэвис научился регистрировать солнечные нейтрино на Земле, все измерения показывали, что количество обнаруженных электронных нейтрино (а Солнце производит именно такие) примерно в три раза меньше, чем предполагалось, исходя из представлений о процессах, которые происходят на Солнце. Теоретики предлагали два решения «проблемы солнечных нейтрино». Одни считали, что используемая модель солнечных ядерных реакций несовершенна, и ее надо изменить так, чтобы она согласовывалась с данными измерений. Другие предполагали, что в ходе нейтринных осцилляций по пути от Солнца до Земли электронные нейтрино превращаются в нейтрино других типов, которые тогда на Земле еще не умели регистрировать. Макдональду и его сотрудникам в Сандбери удалось обнаружить в потоке солнечных нейтрино все три типа нейтрино, что стало важным аргументом в пользу второго решения. Общее количество нейтрино трех типов оказалось соответствующим теоретическим ожиданиям.

 

Эксперимент в Нейтринной обсерватории в Сандбери

Работа Такааки Кадзита была связана с атмосферными нейтрино. Он возглавляет исследования на нейтринном детекторе Super-Kamiokande, построенном в городе Камиока. Все устройства для регистрации нейтрино весьма масштабны, но Super-Kamiokande выделяется даже на их фоне. Он представляет собой цилиндрическую конструкцию 41,4 м в высоту и 39,3 м в диаметре, где содержится 50000 тонн воды в окружении примерно 11200 фотоэлектронных умножителей. Располагается он в шахте, где когда-то добывали цинковую руду.

 

Детектор Super-Kamiokande

Когда нейтрино сталкиваются с атомными ядрами в воде, выделяются мюоны или электроны, которые по черенковскому излучению регистрируются фотоэлектронными умножителями, черенковское излучение позволяет различать в частности электронные и мюонные нейтрино. При помощи этого детектора Такааки Кадзита в 1998 году подтвердил осцилляцию у атмосферных нейтрино.

 

Схема эксперимента Super-Kamiokande

По теоретической модели поток мюонных нейтрино должен быть в два раза больше электронных (после столкновения нейтрино с протом в воздухе в результате последовательных реакций получаются два мюонных и одно электронное нейтрино). Но эксперимент показал, что эти потоки равны. Когда физики сравнили количество нейтрино разных типов среди тех, что попадают в детектор сверху, и тех, что прилетают снизу, предварительно пройдя через земной шар, то выяснилось, что недостаток мюонных нейтрино есть именно среди второй группы. То есть, когда у нейтрино есть дополнительное время, оно может успеть осциллировать и превратиться в нейтрино другого типа.

Обсудите в соцсетях

Система Orphus
Подпишитесь
чтобы вовремя узнавать о новых спектаклях и других мероприятиях ProScience театра!
3D Apple Facebook Google GPS IBM iPhone PRO SCIENCE видео ProScience Театр Wi-Fi альтернативная энергетика «Ангара» античность археология архитектура астероиды астрофизика Байконур бактерии библиотека онлайн библиотеки биология биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера бозон Хиггса визуальная антропология вирусы Вольное историческое общество Вселенная вулканология Выбор редакции гаджеты генетика география геология глобальное потепление грибы грипп демография дети динозавры ДНК Древний Египет естественные и точные науки животные жизнь вне Земли Западная Африка защита диссертаций землетрясение зоопарк Иерусалим изобретения иммунология инновации интернет инфекции информационные технологии искусственный интеллект ислам историческая политика история история искусства история России история цивилизаций История человека. История институтов исчезающие языки карикатура католицизм квантовая физика квантовые технологии КГИ киты климатология комета кометы компаративистика компьютерная безопасность компьютерные технологии коронавирус космос криминалистика культура культурная антропология лазер Латинская Америка лженаука лингвистика Луна мамонты Марс математика материаловедение МГУ медицина междисциплинарные исследования местное самоуправление метеориты микробиология Минобрнауки мифология млекопитающие мобильные приложения мозг Монголия музеи НАСА насекомые неандертальцы нейробиология неолит Нобелевская премия НПО им.Лавочкина обезьяны обучение общество О.Г.И. открытия палеолит палеонтология память педагогика планетология погода подготовка космонавтов популяризация науки право преподавание истории происхождение человека Протон-М психология психофизиология птицы ракета растения РБК РВК регионоведение религиоведение рептилии РКК «Энергия» робототехника Роскосмос Роспатент русский язык рыбы Сингапур смертность Солнце сон социология спутники старообрядцы стартапы статистика технологии тигры торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология Фестиваль публичных лекций физика физиология физическая антропология фольклор химия христианство Центр им.Хруничева школа эволюция эволюция человека экология эпидемии этнические конфликты этология ядерная физика язык

Редакция

Электронная почта: politru.edit1@gmail.com
Адрес: 129343, Москва, проезд Серебрякова, д.2, корп.1, 9 этаж.
Телефоны: +7 495 980 1893, +7 495 980 1894.
Стоимость услуг Полит.ру
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003г. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2014.