Полiт.ua Государственная сеть Государственные люди Войти
21 сентября 2017, четверг, 19:14
Facebook Twitter LiveJournal VK.com RSS

НОВОСТИ

СТАТЬИ

АВТОРЫ

ЛЕКЦИИ

PRO SCIENCE

СКОЛКОВО

РЕГИОНЫ

04 августа 2017, 12:59

Охотники за нейтрино

Одним из источников нейтрино являются сверхновые
Одним из источников нейтрино являются сверхновые

Потоки нейтрино пронизывают нас непрерывно, но эти частицы столь слабо взаимодействуют с остальной материей, что, чтобы их обнаружить, ученым приходится строить огромные сооружения. Например, нейтринная обсерватория «Ледяной куб» вблизи южного полюса представляет собой кубический километр льда с пятью тысячами детекторов, а мишень галлий-германиевого нейтринного телескопа в Баксанской нейтринной обсерватории в Кабардино-Балкарии весит 60 тонн. Теперь же международный коллектив ученых сумел создать нейтринные детекторы небольшого размера, весящие всего около 15 килограммов, и наблюдать с их помощью столкновения нейтрино с ядрами атомов цезия.

Уже много лет ученым известно о существовании трех типов нейтрино: электронного, мюонного и тау-нейтрино. Различие между ними проявляется в тех редких случаях, когда нейтрино вступает во взаимодействие с ядрами атомов. Например, когда мюонное нейтрино сталкивается с нейтроном в атомном ядре, оно превращает его в протон, а само становится мюоном. При столкновениях с ядрами электронных и тау-нейтрино рождаются соответственно электроны и тау-лептоны. Именно эти три типа возникающих частиц и регистрируются датчиками и выдают присутствие нейтрино.

В 1974 году физик-теоретик Даниэль Фридман (Daniel Z. Freedman), ныне почетный профессор Массачусетского технологического института, обосновал существование еще одного типа взаимодействия нейтрино с атомными ядрами, который он назвал когерентным упругим рассеянием. Фридман предположил, что, как и любая квантовая частица, нейтрино действует как волна, длина которой уменьшается по мере увеличения энергии частицы. Нейтрино высокой энергии будет взаимодействовать с одним протоном или нейтроном в атомном ядре. Низкоэнергетическое нейтрино сможет взаимодействовать со всеми протонами и нейтронами согласованно (когерентно). В данном случае нейтрино взаимодействует с протонами и нейтронами ядра, обмениваясь с ними Z-бозонами, и в результате оно, не превращаясь ни во что, отскакивает от ядра, а самое ядро получает импульс. Вероятность такого отскока нейтрино от атомного ядра, увеличивается пропорционально квадрату числа протонов и нейтронов в ядре.

Убежденный в своей правоте Фридман тем не менее не верил, что предсказанное ими взаимодействие нейтрино с ядрами можно будет обнаружить на практике. Слишком редкое это событие и слишком слабый импульс получает от низкоэнергетического нейтрино атомное ядро, чтобы такой импульс можно было отличить от случайных колебаний. «Это похоже на удар по шару для боулинга мячиком для пинг-понга, – говорит физик Кейт Шольберг (Kate Scholberg) из Университета Дьюка, одна из авторов нынешнего исследования. – Вы легко можете попасть по шару для боулинга, но он не будет очень быстро катиться».

Своим скептицизмом Фридман напоминает Вольфганга Паули, предположившего в 1930 году существование нейтрино из теоретических соображений и не верившего, что его гипотезу удастся подтвердить экспериментально. Скептицизм Паули рассеялся спустя 25 лет, когда в 1955 году Клайд Коуэн и Фредерик Райнес с коллегами смогли детектировать нейтрино. Фридман получил практические доказательства правильности своей теории через 43 года после ее создания.

Детектор на основе упругого рассеяния нейтрино был создан физиками из России (Институт теоретической и экспериментальной физики, МИФИ, МФТИ), США, Канады и Южной Кореи. Всего в коллаборацию COHERENT, осуществившую этот эксперимент, входит более восьмидесяти ученых. Они не стали стараться максимально увеличить размеры детектора, а напротив уменьшили его, использовав для мишени не тяжелые металлы, а цезий, колебания ядер которого легче наблюдать. В результате они сконструировали детектор из йодида цезия легированного натрием (CsI[Na]) весом всего 14,6 килограмма.

Фото: Juan Collar

Вторым условием успеха стало использование источника нейтрино с повышенной интенсивностью потока. В этом качестве выступил Spallation Neutron Source в Национальной лаборатории Оук-Ридж министерства энергетики США. Несколько десятков детекторов поместили рядом с источником нейтронов под защитой изоляционного слоя из бетона, который не пропускал к ним порождаемые реактором нейтроны, зато нейтрино – побочный продукт работы реактора – проникали через эту защиту без препятствий. Энергия этих нейтрино была достаточно низкой для упругого рассеяния на ядрах атомов, но достаточно высокой, чтобы импульсы, которые они сообщают ядрам, можно был зафиксировать.

В длившемся 461 день эксперименте ученые наблюдали 134 рассеяния, что хорошо согласуется с предсказаниями теории. Об итогах своей работы коллектив сообщил в статье, опубликованной журналом Science.

Возможно, в ближайшем будущем будут сконструированы портативные детекторы нейтрино, реагирующие на упругое рассеяние. Они найдут применение в контроле за безопасной работой атомных реакторов. По потоку рождающихся в реакторе нейтрино можно судить о процессах, которые происходят внутри него, и даже определять, используется ли данный реактор для производства оружейного плутония.

Обсудите в соцсетях

Система Orphus
Loading...
Подпишитесь
чтобы вовремя узнавать о новых спектаклях и других мероприятиях ProScience театра!
3D Apple Big data Dragon Facebook Google GPS IBM iPhone MERS PRO SCIENCE видео ProScience Театр SpaceX Tesla Motors Wi-Fi Адыгея Александр Лавров альтернативная энергетика Анастасия Волочкова «Ангара» антибиотики античность археология архитектура астероиды астрофизика аутизм Байконур бактерии бедность библиотека онлайн библиотеки биология биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера бозон Хиггса британское кино Византия визуальная антропология викинги вирусы Вольное историческое общество Вселенная вулканология Выбор редакции гаджеты генетика география геология геофизика глобальное потепление грибы грипп дельфины демография дети динозавры Дмитрий Страшнов ДНК Древний Египет естественные и точные науки животные жизнь вне Земли Западная Африка защита диссертаций землетрясение змеи зоопарк зрение 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 космический мусор космос криминалистика культура культурная антропология лазер Латинская Америка лексика лженаука лингвистика Луна мамонты Марс математика материаловедение МГУ медицина междисциплинарные исследования местное самоуправление метеориты микробиология Минобрнауки мифология млекопитающие мобильные приложения мозг моллюски Монголия музеи НАСА насекомые неандертальцы нейробиология неолит Нобелевская премия НПО им.Лавочкина обезьяны обучение общество О.Г.И. онкология открытия палеолит палеонтология память папирусы паразиты педагогика планетология погода подготовка космонавтов популяризация науки право преподавание истории продолжительность жизни происхождение человека Протон-М психоанализ психология психофизиология птицы РадиоАстрон ракета растения РБК РВК РГГУ регионоведение религиоведение рептилии РКК «Энергия» робототехника Роскосмос Роспатент русский язык рыбы сердце сериалы Сингапур сланцевая революция смертность СМИ Солнце сон социология спутники старение старообрядцы стартапы статистика такси технологии тигры торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология Фестиваль публичных лекций физика физиология физическая антропология финансовый рынок фольклор химия христианство Центр им.Хруничева школа школьные олимпиады эволюция эволюция человека экология эмбриональное развитие эпидемии этика этнические конфликты этология Юпитер ядерная физика язык

Редакция

Электронная почта: politru.edit1@gmail.com
Адрес: 129090, г. Москва, Проспект Мира, дом 19, стр.1, пом.1, ком.5
Телефон: +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.