Как нейтрино помогают изучать строительные блоки материи?

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Мнение | Наука и космос

Римская богиня мудрости Минерва, облаченная в доспехи и с совой на плече, стала символом познания. И, как ни странно, ее имя оказалось тесно связано с разгадкой тайн микромира. В лаборатории Ферми, что в США, работает установка MINERvA — огромный детектор частиц, с виду совсем не похожий на величественную богиню. Но именно этот научный инструмент, словно одаренный проницательностью Минервы, позволяет ученым заглянуть в самую суть материи.

Две Минервы, вольная интерпретация
Автор: Designer

MINERvA — это не просто набор железа и проводов. Это сложнейший прибор, «сердце» которого — нейтрино, неуловимые частицы, рожденные в ядерных реакциях звезд. Они пронизывают всю Вселенную, но поймать их — задача не из легких. Нейтрино почти не взаимодействуют с материей, словно «призраки», проскальзывающие сквозь стены. Но именно эта особенность делает их ценными «информаторами» из мира субатомных частиц.

Ученые, работающие с MINERvA, поставили перед собой амбициозную цель — раскрыть тайны протона, одного из фундаментальных «кирпичиков» мироздания. Протон, наряду с нейтроном, формирует ядро атома, а значит, определяет свойства всех веществ вокруг нас. Но как изучить объект, который в миллионы раз меньше толщины человеческого волоса?

Нижняя сторона нейтринного детектора MINERvA в Национальной ускорительной лаборатории Ферми летом 2011 года.
Автор: By Steevven1 — Own work, (Steven Keys, KeysPhotography.com) CC BY-SA 4.0 Источник: commons.wikimedia.org

MINERvA предлагает изящное решение: использовать нейтрино в качестве своеобразного «микроскопа». Пучок нейтрино, направленный на мишень из различных материалов, позволяет ученым «увидеть» протон в новом свете.

В отличие от электромагнитного «микроскопа», используемого в других экспериментах, нейтрино взаимодействуют с протоном посредством слабого взаимодействия, еще одной фундаментальной силы, управляющей миром субатомных частиц. Это как если бы мы изучали скульптуру, ощупывая ее в темноте. Форма скульптуры проявляется через прикосновения, так же и структура протона раскрывается через его взаимодействие с нейтрино.

Но «ощупать» протон нейтрино непросто. Эти «призрачные» частицы так редко взаимодействуют с материей, что ученым пришлось запастись терпением и собрать миллионы событий, чтобы получить статистически значимый результат.

И MINERvA справился с задачей. Анализ огромного массива данных позволил ученым впервые измерить радиус слабого заряда протона, что стало прорывом в понимании его структуры. Полученные значения оказались близки к тем, что были получены при использовании электромагнитного «микроскопа». Это подтверждает универсальность законов физики и дает ученым мощный инструмент для дальнейших исследований.

MINERvA, подобно богине, чьим именем он назван, открывает путь к знанию. Изучая нейтрино, ученые проникают в тайны протона, приближаясь к пониманию фундаментальных принципов, на которых построена наша Вселенная.

В статье говорится, что нейтрино — это «призрачные» частицы. Но как можно изучать что-то, что практически не взаимодействует с материей? Разве это не похоже на попытку поймать тень?

Да, нейтрино действительно неуловимы. Представьте, что вы бросаете теннисный мячик сквозь проволочную сетку. Большинство мячиков пролетит насквозь, не задев сетку. Так же и нейтрино «прошивают» материю, лишь изредка вступая во взаимодействие. Но MINERvA — это не просто сетка, а огромная и очень чувствительная «ловушка» для нейтрино. Зарегистрировав даже небольшое количество взаимодействий, ученые могут извлечь ценную информацию о структуре протонов.

Слабое взаимодействие — это фундаментальная сила, управляющая ядерными реакциями в звездах. Как связаны процессы, происходящие в далеких звездах, с исследованием протона в земной лаборатории?

Слабое взаимодействие — это универсальный язык, на котором «общаются» субатомные частицы. Именно оно позволяет нейтрино «почувствовать» структуру протона, подобно тому, как слабое взаимодействие управляет превращением протонов в нейтроны в недрах звезд. Изучая слабое взаимодействие в лаборатории, мы лучше понимаем процессы, протекающие во Вселенной.

В статье говорится, что радиус слабого заряда протона оказался близок к радиусу его электрического заряда. Разве это не удивительно? Ведь слабое и электромагнитное взаимодействия — это совершенно разные силы.

С первого взгляда это может показаться странным. Но не забывайте, что и слабое, и электромагнитное взаимодействия «чувствуют» одну и ту же структуру протона — распределение кварков и глюонов. Поэтому близость полученных значений не случайна, а подтверждает универсальность законов физики и дает нам уверенность в том, что мы на правильном пути к пониманию фундаментальных принципов мироздания.

3 комментария

Добавить комментарий

b
Сатья имеет стиль рекламного буклета, который рекламирует ничто.
a
В статье говорится, что радиус слабого заряда протона оказался близок к радиусу его электрического заряда. Разве это не удивительно? Ведь слабое и электромагнитное взаимодействия — это совершенно разные силы.

С учетом того, что нобелевская премия за создание единой теории электрослабых взаимодействий была присвоена еще в 1979 году, заявление откровенно неверное. И на «добросовестное заблуждение» это никак не тянет. О Стандартной Модели здесь говорилось очень много.
2
Автор, пучок реликтовых нейтрино для изучения обратного бета распада — это уже шизофрения

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Как быстро почистить рыбу: несколько простых лайфхаков, которые сэкономят время на кухне

  • Тематическая подборка
  • Оффтопик
Чистка рыбы часто кажется одной из самых сложных и долгих кухонных задач. Чешуя разлетается по столу, нож скользит, а подготовка тушки перед готовкой занимает больше времени, чем хотелось бы....

Собираем мощный игровой ПК за 75 000 рублей в разгар роста цен на память

Кризис оперативной памяти, вызванный массовым внедрением в повседневную жизнь искусственного интеллекта, не думает сбавлять обороты. По поступившей информации от ведущих аналитических агентств, в...

Почему в японских ванных плесень появляется реже, хотя водой там обливают стены и пол

Японская ванная поначалу кажется устроенной почти наоборот. В привычном санузле мы стараемся не залить пол, не забрызгать мебель и не пустить воду под стиральную машину. В Японии же водой...

✦ ИИ  Пчёлы, осы, шмели и шершни: чем они отличаются и кто из них наиболее опасен для человека?

Все четверо — пчёлы, осы, шмели и шершни — принадлежат к отряду перепончатокрылых (Hymenoptera), надсемейству Apoidea и семейству Vespidae. Это родство не случайное: их...

Как ковали первую небесную карту человечества: почему современная копия Небесного диска из Небры оказалась хуже оригинала 3600-летней давности

Небесный диск из Небры считается самым древним из известных изображений космоса. Он представляет собой круглую бронзовую пластину диаметром около 30 сантиметров, на которую нанесены изображения...

Геотермальная энергия может питать человечество тысячи лет: почему она до сих пор не используется повсеместно?

Земная кора содержит огромный запас тепловой энергии. Главные источники этого тепла — остаточные процессы, сопровождавшие формирование планеты около 4,5 миллиарда лет назад, и постоянный...