Нейтрино: частицы-призраки

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Каждую секунду сквозь твоё тело пролетают триллионы нейтрино, и ты этого даже не замечаешь. Эти неуловимые частицы почти не взаимодействуют с материей, из-за чего их называют призраками Вселенной. Но почему учёные тратят миллиарды долларов, чтобы поймать то, что невозможно почувствовать? Ответы на эти вопросы помогут разгадать величайшие загадки космоса.

Что такое нейтрино?

Нейтрино — это элементарные частицы, которые рождаются в звёздах, при взрывах сверхновых и в ядерных реакторах. У них нет электрического заряда, а их масса настолько мала, что долгое время считалась нулевой. Благодаря этому они могут пронизывать планеты, звёзды и даже целые галактики, почти не встречая препятствий.

Нейтрино существуют в трёх разновидностях, или «вкусах»: электронное, мюонное и тау-нейтрино.

Когда они летят, они способны спонтанно превращаться из одного типа в другой — этот процесс называется нейтринной осцилляцией. Именно поэтому ранние детекторы не могли зафиксировать все частицы от Солнца: по пути к Земле они меняли свой «вкус», и детекторы, настроенные только на один тип нейтрино, просто не видели остальные.

Нейтрино от Солнца пролетают сквозь Землю и фиксируются в подземных детекторах, вольная интерпретация
Нейтрино от Солнца пролетают сквозь Землю и фиксируются в подземных детекторах, вольная интерпретация
Автор: ИИ Gemini Источник: gemini.google.com

Самая большая загадка

В середине XX века учёные столкнулись с проблемой «недостающих солнечных нейтрино».

Расчёты показывали, что Солнце должно производить огромное количество этих частиц, но детекторы на Земле регистрировали лишь треть от ожидаемого числа. Это породило теорию о том, что нейтрино «исчезают» по пути.

Проблема обнаружения нейтрино не только в их малой массе, а в том, что они участвуют только в слабом гравитационном взаимодействии. Эта сила настолько мала, что нейтрино могут пролетать сквозь целые планеты, почти не сталкиваясь с атомами.

Загадка была решена благодаря двум масштабным международным экспериментам: Super-Kamiokande (Япония) и Sudbury Neutrino Observatory (SNO) в Канаде. Именно эти ихх исследования независимо друг от друга доказали, что у нейтрино есть масса, и по пути от Солнца они меняют свой «вкус» (тип), превращаясь из одного вида в другой при осцилляции.

За это открытие в 2015 году учёные Такааки Кадзита и Артур Макдональд получили Нобелевскую премию по физике.

Охота на невидимку

Чтобы поймать нейтрино, которые так неохотно взаимодействуют с веществом, учёные строят огромные детекторы, способные регистрировать даже малейшие следы их присутствия.

Самый известный пример — обсерватория IceCube в Антарктиде. Она состоит из более чем 5 000 светочувствительных датчиков, погружённых на глубину до 2,5 км в толщу льда. Когда редкий нейтрино сталкивается с атомом льда, он оставляет за собой след из света. Именно этот след и улавливают датчики, позволяя учёным определить тип и направление частицы.

Буровая вышка и барабан со шлангом для бурения скважин «Ice Cube», декабрь 2009 г.
Буровая вышка и барабан со шлангом для бурения скважин «Ice Cube», декабрь 2009 г.
Автор: Amble Источник: ru.wikipedia.org
Один из цифровых оптических модулей, который в настоящее время находится в скважине.
Один из цифровых оптических модулей, который в настоящее время находится в скважине.
Автор: Amble Источник: ru.wikipedia.org

Подобные проекты, как и Super-Kamiokande (подземный резервуар с 50 тысячами тонн сверхчистой воды) или Borexino (смесь органического сцинтиллятора в стальном шаре), позволяют нам не только изучать нейтрино, но и «заглядывать» внутрь звёзд и самых далёких уголков Вселенной.

Детектор нейтрино «Супер-Камиоканде» (модель)
Детектор нейтрино «Супер-Камиоканде» (модель)
Автор: Jnn Источник: ru.wikipedia.org

Для чего нам это нужно?

Изучение нейтрино даёт нам уникальную возможность наблюдать за самыми мощными событиями во Вселенной, например, за взрывами «сверхновых».

Сверхновая (supernova) — это финальная стадия жизни массивной звезды, когда она коллапсирует и взрывается, выбрасывая в космос огромное количество энергии и вещества.

Изучая Нейтрино, мы сможем разгадать самые фундаментальные загадки: как рождаются звёзды, откуда берутся элементы, из которых состоит наш мир, и как появилась сама Вселенная. Это не просто наука ради науки, а поиск ответов на вопросы о нашем происхождении и месте в космосе.

Изображение в превью:
Автор: ИИ Gemini
Источник: gemini.google.com

5 комментариев

Добавить комментарий

a
Проблема не в том, что у нейтрино нет заряда и малая масса. У фотонов тоже нет заряда и вообще нет массы. Нейтрино сложно обнаружить потому, что оно участвует только в слабых и гравитационных взаимодействиях.
dimon-ru-80
Проблема не в том, что у нейтрино нет заряда и малая масса. У фотонов тоже нет заряда и вообще нет массы. Нейтрино сложно обнаружить потому, что оно участвует только в слабых и гравитационных взаимодействиях.

Вы правы, упустил этот момент. Дополнил статью.
R
Но нейтринные системы нестабильны. По-моему, их стабилизирует силовое поле Соляриса.
r
Основной смысл наблюдения за нейтрино, это получение непосредственной информации о событии прямо сейчас, а не спустя многие сотни тысяч лет, которые требуются многократно переизлучённому фотону, чтобы вырваться из звезды наружу. Нейтрино беспрепятственно покидают звезду и именно этим особенно ценны.

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Парадокс «Веги-300-стерео»: почему советская радиола с надписью «стерео» ловила только моно

Советская аудиотехника конца 1980-х годов нередко таит в себе технические решения, способные вызвать у радиолюбителей искреннее удивление. Настольная радиола третьего класса «Вега-300-стерео»,...

Почему блины рвутся при переворачивании: главная ошибка — слишком горячая сковорода

Блины рвутся не из-за плохой сковородки. Всё дело в физике: если температура выше 200 °C, крахмал не успевает схватиться. Вот как испечь ровные блины.

Карта древних дождей выдала точные районы, где на Марсе могла зародиться жизнь

В 2018 году автоматическая лаборатория марсохода Curiosity провела анализ образцов древней спрессованной глины на дне кратера Гейл. Возраст этих отложений, сформировавшихся на дне глубокого озера,...

Люди с мозгом больше нашего: редкие черепа из Китая впервые показали, как выглядели древние денисовцы

На протяжении полутора десятилетий в науке об эволюции человека существовало серьезное противоречие между данными генетики и классической антропологии. В 2010 году генетики расшифровали ДНК из...

Почему на массовом советском кассовом аппарате «ОКА 4401» не было нуля на клавиатуре

Сейчас розничная торговля плотно так завязана на сеть «Интернет», без него Вам и коробку молока в супермаркете у дома не продадут. Кассы в магазинах все электронные (по сути это ПК), а даже бабушки...

Почему люди снова покупают кнопочные телефоны, хотя привыкли к смартфонам

Современный смартфон хранит билеты, помогает оплачивать покупки, прокладывает маршруты и заменяет фотоаппарат. Казалось бы, кнопочным телефонам давно пора исчезнуть. Однако их продолжают...