Доказано существование нейтрино и подтверждена Стандартная модель физики частиц

Нейтрино – одна из фундаментальных частиц, составляющих Вселенную. По сравнению с другими типами частиц она располагает очень малой массой, не имеет заряда и только взаимодействует с другими частицами посредством ядерного взаимодействия и гравитации. Таким образом, обнаружение доказательств такого взаимодействия – чрезвычайно сложная задача, требующая, чтобы массивное оборудование находилось глубоко под землей, – иначе малейшие помехи нейтрализуют єффект любых измерений.

The COHERENT collaboration alter idea

Однако международная группа исследователей из Национальной лаборатории Оук-Ридж недавно сделала историческое открытие: в рамках проекта COHERENT, анализируя экспериментальные данные, полученные от источника нейтронного рассеяния (SNS), ученые подтвердили наличие так называемого когерентного упругого нейтрино-ядерного рассеяния.

Этот процесс, теоретически предсказанный в 1974 году, играет важную роль в астрофизике, а также может быть использован для поисков отклонений от Стандартной модели физики частиц и удаленного мониторинга процессов внутри ядерных реакторов. Статья с описанием открытия опубликована в журнале Science.

В поисках доказательств этого явления COHERENT по существу сделал историю. Как сказал в пресс-релизе ORNL Джейсон Ньюби, физик ORNL и технический координатор COHERENT:

«Энергия производимых установкой SNS в Национальной лаборатории Ок-Ридж практически идеально подходит для данного эксперимента — достаточно большая, чтобы произвести детектируемый сигнал, но достаточно маленькая для взаимодействия в когерентном режиме. Единственный результат такого взаимодействия — небольшая энергия, передаваемая отдельному ядру».

Стандартная модель физики частиц указывает, что нейтрино относится к категории лептонов, частиц, которые очень слабо взаимодействует с другой материей. Они создаются с помощью радиоактивного распада, ядерных реакций, которые влияют на формирование звезд, и от взрывов сверхновых. Модель космологии Большого Взрыва также предсказывает, что нейтрино являются наиболее распространенными частицами, поскольку они являются побочным продуктом создания Вселенной.

Super-Kamiokande alter idea

Таким образом, их исследование было основным центром внимания физиков-теоретиков и космологов. В предыдущих исследованиях было обнаружено взаимодействие нейтрино с использованием специальных детекторов, поверхность которых «бомбили» мельчайшими зарядами, а затем при изучении преобразований частиц, вызванных эффектами нейтрино.

Такие исследования проводились в Обсерватории Супер-Камиоканде в Японии, которая представляет собой подземный объект, целевой материал – 50 000 тонн сверхчистой воды. Также следует упамянуть Нейтринную обсерваторию «Садбери» SNOLAB, расположенную в бывшем шахтном комплексе вблизи Садбери, Онтарио. Здесь детектор нейтрино SNO «опирается» на тяжелую воду, в то время как в эксперименте SNO используется жидкий сцинтиллятор.

Кроме того, обсерватория IceCube Neutrino – крупнейший нейтринный детектор в мире, расположенный на станции Амундсена-Скотта в Антарктиде – использует на антарктический лед для обнаружения нейтринных взаимодействий.

Во всех случаях объекты чрезвычайно изолированы и опираются на очень дорогостоящее оборудование.

В отличие от них эксперимент COHERENT кажется более технически совершенным. Вес оборудования всего 14,5 и занимает гораздо меньше места, чем резервуары с водой. Первоначально эксперимент был создан «под» систему ускорителей SNS, , чтобы бомбардировать атомы ртути пучками протонов.

Сама бомбардировка создает огромное количество нейтронов, которые в дальнейшем используются для различных научных экспериментов. Однако этот процесс также создает значительное количество нейтрино в качестве побочного продукта. Чтобы изучить полученный эффект, команда COHERENT приступила к разработке нейтринного эксперимента, известного как «нейтринная аллея». Расположенные в подвальном коридоре всего в 20 метрах от ртутного резервуара, толстые бетонные стены и гравий обеспечивали естественную защиту.

Там же были установлены большие емкости для воды, чтобы блокировать дополнительные нейтрино, альфа-лучи и другие частицы. Но в отличие от других экспериментов, COHERENT-детекторы изначально искали признаки появления нейтрино в ядрах других атомов.

Хуан Коллар, физик из Чикагского университета, возглавлял команду разработчиков, которая создала детектор, используемый в SNS. По его словам, это был подход «возвращения к основам», который устранял применение более дорогих и массивных детекторов:

«Они, возможно, являются самым легким детектором, наподобие тех, которые применются уже столетие. Иодид натрия, легированный натрием, объединяет все свойства, необходимые для работы в качестве небольшого «карманного» когерентного нейтринного детектора».

Благодаря эксперименту и технической изощренности SNS, исследователи смогли определить, что нейтрино способны связываться с кварками через обмен нейтральными Z-бозонами. Этот процесс, известный как когерентное упругое нейтрино-ядерное рассеивание, впервые был предсказан в 1973 году. Но до сих пор ни один эксперимент или исследовательская группа не смогли его подтвердить.

Как утверждает Джейсон Ньюби, эксперимент в значительной степени был обусловлен сложностью существующего объекта.

«Энергия нейтрино почти идеально настроена для этого эксперимента, – она достаточно большая, чтобы быть зафиксируемой детектором, но достаточно мала, чтобы воспользоваться условием когерентности», – подчеркнул ученый. – «Единственный дымящийся пучок взаимодействия – это небольшое количество энергии, передаваемый одному ядру».

Полученные данные также были более чистыми, чем в предыдущих экспериментах, поскольку нейтрино (например, нейтронный пучок SNS, который их продуцировал) также пульсировали. Это позволило легко отделить сигнал нейтрино от фоновых сигналов, что дало преимущество перед стационарными источниками нейтрино, такими как те, которые производятся ядерными реакторами.

Команда также обнаружила три «аромата» нейтрино, которые включали мюонные нейтрино, мюонные антинейтрино и электронные нейтрино. В то время как мюонные нейтрино возникли мгновенно, остальные были обнаружены несколько микросекундами позже. Поэтому команда COHERENT не только подтвердила теорию CEvNS, но и Стандартную модель физики частиц. Их результаты также имеют последствия для астрофизики и космологии.

Короткий URL: http://alter-idea.info/?p=25420

Добавил: Дата: Окт 9 2017. Рубрика: Наука и технологии. Вы можете перейти к обсуждениям записи RSS 2.0. Вы можете сделать trackback вашей записи
Loading...
Загрузка...

Добавить комментарий




Загрузка...






Карта сайта
Войти | Дизайн от Gabfire themes