Нейтрино

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.

Нейтри́но — стабільні нейтральні лептони з напівцілим спіном, що беруть участь тільки в слабкій і гравітаційній взаємодіях. Надзвичайно слабо взаємодіють з речовиною: нейтрино з енергією 1 МеВ мають в свинці довжину вільного пробігу ~ 10²⁰ см (~ 100 світлових років).

[ред.] Властивості нейтрино

Кожному зарядженому лептону відповідає своя пара нейтрино/антинейтрино:

електронне нейтрино/антинейтрино
мюонне нейтрино/антинейтрино
тау-нейтрино/антинейтрино

Маса електронного нейтрино вкрай мала. Верхня експериментальна оцінка складає всього 2 еВ (отримана для антинейтрино). Верхні межі для мас мюонного і тау-нейтрино на даний момент (2006 р.) оцінюються в 190 кеВ і 18.2 МеВ відповідно.

Маса нейтрино важлива для пояснення феномену прихованої маси в космології, оскільки, не зважаючи на її мале значення, концентрація нейтрино у Всесвіті достатньо висока, щоб істотно вплинути на середню густину.

Якщо нейтрино мають ненульову масу, то різні види нейтрино можуть перетворюватися один в одного. Це так звані осциляції нейтрино, на користь яких свідчать спостереження сонячних нейтрино, кутової анізотропії атмосферних нейтрино, а також проведені на початку цього століття експерименти з реакторними (див. KamLAND) і прискорювальними нейтрино. Крім того, існування осциляцій нейтрино, ймовірно, напряму підтверджено експериментами в Садбері. Підтвердження осциляцій нейтрино зажадає внесення змін в Стандартну Модель.

[ред.] Історія відкриття

Однією з основних проблем в ядерній фізиці 20-30х років ХХ століття була проблема бета-розпаду: спектр електронів, що утворюються при β-розпаді, виміряний англійським фізиком Джеймсом Чедвіком ще в 1914 р. має безперервний характер, тобто, з ядра вилітають електрони самих різних енергій.

Розвиток квантової механіки в 20-х роках призвів до розуміння дискретності енергетичних рівнів в атомному ядрі: це припущення було виказано австрійським фізиком Лізою Мейтнер в 1922. Тобто спектр частинок, що вилітають при розпаді ядра повинен бути дискретним, і показувати енергії, рівні різницям енергій рівнів, між якими при розпаді відбувається перехід. Таким, наприклад, є спектр альфа-частинок при альфа-розпаді.

Таким чином, неперервність спектру електронів β-розпаду ставила під сумнів закон збереження енергії. Питання стояло настільки гостро, що в 1931 р. знаменитий датський фізик Нільс Бор на Римській конференції виступив з ідеєю про незбереження енергії! Проте було і інше пояснення — втрачену енергію відносить якась невідома і непомітна частинка.

Гіпотезу про існування надзвичайно слабо взаємодіючої з речовиною частинки, висунув 4 грудня 1930 р. Паулі — не в статті, а в неформальному листі учасникам фізичної конференції в Тюбінгені:

...маючи на увазі ... безперервний β-спектр, я зробив відчайдушну спробу врятувати «обмінну статистику» і закон збереження енергії. А саме, є можливість того, що в ядрах існують електрично нейтральні частинки, які я називатиму «нейтронами» і які володіють спіном 1/2. Маса «нейтрона» по порядку величини повинна бути порівнянною з масою електрона і в усякому разі не більше 0,01 маси протона. Безперервний β-спектр тоді став би зрозумілим, якщо припустити, що при β-розпаді разом з електроном випускається ще і «нейтрон» таким чином, що сума енергій «нейтрона» і електрона залишається постійною.

Я визнаю, що такий вихід може здатися на перший погляд маловірогідним. Проте не ризикнувши, не виграєш; серйозність положення з безперервним β-спектром добре проілюстрував мій поважний попередник пан Дебай, який недавно заявив мені в Брюселі: «Про ... це краще не думати зовсім, як про нові податки».

(«Відкритий лист групі радіоактивних, що зібралися в Тюбінгене», цит. по М. П. Рекало, Нейтрино.)

Згодом нейтроном була названа, як виявилося, інша елементарна частинка.

На Сольвеєвському Конгресі 1933 р. в Брюселі Паулі виступив з рефератом про механізм β-розпаду з участю легкої нейтральної частинки зі спіном 1/2, в якому, з посиланням на пропозицію Фермі, назвав гіпотетичну частинку «нейтрино». Цей виступ був фактично першою офіційною публікацією, присвяченою нейтрино.