Hvorfor er det så svært at studere neutrinoer, og hvad denne partikel vil fortælle dig om universets historie

Hvorfor er det så svært at studere neutrinoer, og hvad denne partikel vil fortælle dig om universets historie

Neutrino er en af ​​de mest rigelige partikler i universet og er utrolig vanskelig at opdage. Det er vigtigt at studere neutrinoer, fordi de indeholder information om fænomener og processer, der genererer dem: dette betyder, at du ved hjælp af en partikel kan lære om universets oprindelse. Lad os tale om alle de hemmeligheder, som neutrinoer har i sig selv.

Hvad er neutrinoer?

Neutrinoer er ultralette partikler dannet under nukleare reaktioner. De fleste af dem, der findes på jorden, kommer fra solen, som omdanner brint til helium. Men i 1930'erne blev det forudsagt, at solen også skulle producere en anden type neutrino gennem reaktioner, der involverede kulstof, nitrogen og ilt - de såkaldte "CNO-neutrinoer". Det var først næsten et århundrede senere, at Borexino-detektoren først opdagede disse partikler.

Indtil for nylig var det slet ikke klart, om hun havde meget. I de senere år er det blevet klart, at der er, men meget lille. Dens nøjagtige værdi er ukendt på dette tidspunkt, og de tilgængelige estimater koger generelt ned til det faktum, at neutrinoer er omkring 10 størrelsesordener lettere end en proton. Vægten af ​​en græshoppe (ca. 1 gram) korrelerer på omtrent samme måde med forskydningen af ​​det moderne nukleare hangarskib George Bush (ca. 100 tusind tons).

En partikel har ingen eller næsten ingen elektrisk ladning - eksperimenter har endnu ikke givet et entydigt svar, og af alle grundlæggende fysiske interaktioner deltager den kun pålideligt i svage og tyngdekraftige.

Neutrinoer er klassificeret i tre generationer: elektron-, muon- og tau-neutrinoer. De er normalt opført i den rækkefølge, og dette er ikke tilfældigt: sådan vises sekvensen af ​​deres åbning. Derudover er der også antineutrinoer - disse er antipartikler af tre forskellige typer svarende til "almindelige". Neutrinoer fra forskellige generationer kan spontant omdannes til hinanden. Forskere kalder dette neutrino-svingninger, og de blev tildelt Nobelprisen i fysik i 2015 for deres opdagelse.

Neutrinoer er resultatet af nukleare (og termonukleare, vi adskiller dem ikke yderligere) reaktioner. Der er mange af dem, undvigende. Ifølge beregningerne fra teoretiske fysikere er der omkring 109 neutrinoer for hver nukleon (det vil sige en proton eller neutron) i universet. Ikke desto mindre bemærker vi det slet ikke: Partiklerne passerer gennem os.

Hvordan leder forskere efter neutrinoer?

Moderne detektorer registrerer ikke neutrinoer selv - dette er stadig umuligt. Registreringsformålet er resultaterne af interaktion mellem partiklen og stoffet, der fylder detektoren. Det vælges således, at neutrinoer af visse energier af interesse for udviklere reagerer med det. Da neutrinos energi afhænger af mekanismen for deres dannelse, kan vi antage, at detektoren er designet til partikler af en bestemt oprindelse.

Så snart det blev klart, at neutrinoer, selvom det var vanskeligt, men stadig muligt at registrere, begyndte forskere at forsøge at fange neutrinoer af udenjordisk oprindelse. Deres mest oplagte kilde er solen. Der optræder konstant kernereaktioner i det, og det kan beregnes, at ca. 90 milliarder solneutrinoer pr. Sekund passerer gennem hver kvadratcentimeter af jordens overflade.

På det tidspunkt var den mest effektive metode til at fange solneutrinoer den radiokemiske metode. Dens essens er som følger: solneutrinoen ankommer Jorden og interagerer med kernen; det viser sig f.eks. en 37Ar-kerne og en elektron (det var denne reaktion, der blev brugt i eksperimentet med Raymond Davis, som han senere blev tildelt Nobelprisen for).

Herefter kan vi ved at tælle antallet af argonatomer sige, hvor mange neutrinoer der interagerede i detektorens volumen under eksponeringen. I praksis er tingene selvfølgelig ikke så enkle. Det skal forstås, at det er nødvendigt at tælle enkelte argonatomer i et mål, der vejer hundreder af tons. Masseforholdet er omtrent det samme som mellem en myres masse og jordens masse. Det blev fundet, at ⅔ solneutrinoer blev stjålet (den målte flux viste sig at være tre gange mindre end den forudsagte).

Midt i Baikal dækket af istraktorer, larveudstyr drev, placeres spil rundt. Og så hver vinter. Hvem ville have troet, at alt dette er nødvendigt for et teleskop.

Neutrino-teleskoper med stort volumen Baikal. Foto © baikalgvd. inr. u

Baikal-GVD Observatory - Baikal Gigaton Volume Detector - er placeret midt i søen, ca. 3-4 kilometer fra kysten, og ser meget ejendommelig ud: disse er kranser 525 meter lange, som nedsænket i vand til en dybde på mere end en kilometer. Til dato er der allerede mere end halvtreds sådanne kranser hængt der, og i de kommende år planlægger de at tilføje omkring 150 mere til dem. Og 36 identiske bolde er fastgjort på hver. I alt er der mere end to tusind af dem i Baikal-søen.

Disse kugler kaldes optiske moduler. Der er hele komplekser af komplekst udstyr indeni. De opfanger stråling. Usædvanlig, fantastisk stråling. Det er dette. Hurtigere end lys i vakuum kan intet bevæge sig. Men gennem ethvert hvilket som helst spørgsmål flyver han lidt langsommere end i et vakuum. Og det sker således, at nogle ladede partikler skynder sig gennem dette stof og overhaler fotoner. Det vil sige, vi kan sige, at inden i en slags miljø skynder de sig med superluminal hastighed. Og på samme tid udsender de fotoner, det vil sige de lyser. Denne stråling følger partiklen og danner en kegle som lydbølger, der kommer fra et supersonisk fly.

Og hvis stoffet er gennemsigtigt, kan dette fænomen beundres. Resultatet er en mystisk blå glød. Det er han, der observeres, når man starter atomreaktorer.

Det kaldes Cherenkov-glød eller Vavilov-Cherenkov-effekten. For opdagelsen af ​​dette naturlige fænomen blev den sovjetiske fysiker Pavel Cherenkov og hans kolleger Igor Tamm og Ilya Frank tildelt Nobelprisen i 1958. Forskere besluttede, at navnet på Sergei Ivanovich Vavilov også skulle udødeliggøres i navnet på effekten - det var i hans laboratorium og under hans ledelse i 1934, at dette lys først blev set.

Men det mest interessante er, at det ikke kun kan observeres i et laboratorium eller på et atomkraftværk. Fænomenet findes også i naturen, nemlig i havdybderne. I mørket helt nederst er der undertiden svage blink - dette er henfaldet af radioaktive isotoper af kalium og andre naturlige radionuklider, der kommer ind i vandet fra jordens dybder som et resultat af naturlige processer. Resultatet af dette henfald er det samme: elektroner flyver ud og med dem fotoner.

Rummet som ingen så det Det bedste himmelkort i universet - foto

Og det sker også, at neutrinoer styrter ned i vandatomer. Disse er sådanne allestedsnærværende partikler, der opstår som et resultat af nukleare reaktioner både inde i stjerner og på Jorden og i atmosfæren på grund af dets bombardement af kosmiske stråler. "Neutrino" er et italiensk ord oversat som "neutron". Udtrykket blev opfundet af fysikeren Enrico Fermi, skaberen af ​​verdens første atomreaktor og manden, der formulerede det berømte "Fermi-paradoks" ("Hvor er udlændinge?"). Dette ord angav, at partiklen er neutral og meget lille - meget mindre end en neutron. Forskellen mellem disse to partikler er, at neutronen består af tre endnu mindre partikler - kvarker, mens neutrinoen ikke har nogen bestanddele. Universet vrimler med disse krummer, men ingen bemærker dem - de interagerer praktisk talt ikke eller interagerer under alle omstændigheder meget svagt med andre partikler. For dem er næsten alt gennemsigtigt.

Populære opslag.
Bedste faste knivknive: 8 bedste anmeldelser af faste knive

Rejseknive, hvordan vælger man en god? Parametre til at definere en kniv til nærkampsvåben. Foldekniv eller fast kniv, mel efter eget valg. Skafttyper, slibning og klingetyper.

  • . 10 minutter
Vandrekniv

Hvis hovedparameteren for nærkampsvåben til dig er pålidelighed i alle situationer, skal du kun vælge en kniv med et fast blad.

  • . 21 minutter
Vi bruger cookies
Vi bruger cookies til at sikre, at vi giver dig den bedste oplevelse på vores hjemmeside. Ved at bruge hjemmesiden accepterer du vores brug af cookies.
Tillad cookies.