न्युट्रीनो कण: परिभाषा, गुण, एक विवरण। न्युट्रीनो दोलनों - यह ...

न्यूट्रिनो - एक प्राथमिक कण है कि बहुत इलेक्ट्रॉन के समान है, लेकिन यह कोई बिजली का आरोप है। यह एक बहुत ही छोटे बड़े पैमाने पर है, जो भी शून्य हो सकता है है। न्युट्रीनो की बड़े पैमाने पर से गति पर निर्भर करता है। आगमन और कण बीम के समय में अंतर 0,0006% (± 0,0012%) है। 2011 में, यह ओपेरा प्रयोग कि वेग प्रकाश न्युट्रीनो की गति से अधिक के दौरान स्थापित किया गया था, लेकिन इस अनुभव के स्वतंत्र पुष्टि नहीं की है।

मायावी कण

इस ब्रह्मांड में सबसे आम कणों में से एक है। चूंकि यह मामला साथ सूचना का आदान प्रदान बहुत कम है, यह पता लगाने के लिए अविश्वसनीय रूप से मुश्किल है। इलेक्ट्रॉन और न्युट्रीनो मजबूत नाभिकीय बल में भाग नहीं लेते, लेकिन समान रूप से कमजोर में भाग लेते हैं। इस तरह के गुण कण लेप्टॉन कहा जाता है। इलेक्ट्रॉन (पोजीट्रान और कण) के अलावा, आरोप लगाया लेप्टॉन म्यूऑन (200 इलेक्ट्रॉन मास), ताऊ (3500 इलेक्ट्रॉन मास), और उनके कण में भेजा। वे कहा जाता है: इलेक्ट्रॉन, म्यूऑन और ताऊ न्युट्रीनो। उनमें से प्रत्येक antimaterial घटक एक antineutrino कहा जाता है।

Muon और ताऊ, एक इलेक्ट्रॉन की तरह, साथ कणों की है। यह muon और ताऊ न्युट्रीनो। कण एक दूसरे से अलग के तीन प्रकार। उदाहरण के लिए, जब म्यूऑन न्यूट्रिनो लक्ष्य के साथ बातचीत, वे हमेशा muons और कभी ताऊ या इलेक्ट्रॉनों का उत्पादन। कणों की प्रतिक्रिया में, हालांकि इलेक्ट्रॉनों और इलेक्ट्रॉन न्युट्रीनो बनाया है और नष्ट कर रहे हैं, उनका योग अपरिवर्तित रहता है। यह इस तथ्य के तीन प्रकार, जिनमें से प्रत्येक एक चार्ज लेप्टॉन और साथ न्युट्रीनो के पास में एक जुदाई लेप्टॉन की ओर जाता है।

इस कण की आवश्यकता एक बहुत बड़े और अत्यधिक संवेदनशील डिटेक्टर का पता लगाने के लिए। एक नियम के, कम ऊर्जा न्युट्रीनो की तरह ही बात के साथ बातचीत करने के लिए कई प्रकाश वर्ष के लिए यात्रा करेंगे। नतीजतन, उनके साथ सभी जमीन प्रयोगों एक छोटा सा अंश है कि रजिस्ट्रार उचित आकार के साथ सूचना का आदान प्रदान की माप पर निर्भर हैं। उदाहरण के लिए, एक न्युट्रीनो वेधशाला Sudbury में, भारी पानी के 1,000 टन से युक्त 1012 प्रति सेकंड सौर न्युट्रीनो के बारे में डिटेक्टर से होकर गुजरता है। और केवल 30 प्रति दिन मिल गया।

खोज का इतिहास

वोल्फगैंग पाउली पहले उस समय 1930 में कणों के अस्तित्व माने, एक समस्या थी, क्योंकि यह लग रहा था कि ऊर्जा और कोणीय गति बीटा क्षय में संग्रहीत नहीं हैं। लेकिन पाउली ने बताया कि अगर कोई तटस्थ कण बातचीत न्युट्रीनो उत्सर्जित नहीं है, ऊर्जा संरक्षण कानून रखा जाएगा। 1934 में इतालवी भौतिकविद् एनरिको फर्मी बीटा क्षय के सिद्धांत का विकास, और उसके कण का नाम दिया।

20 साल के लिए सभी भविष्यवाणियों के बावजूद, न्युट्रीनो प्रयोगात्मक इसकी की वजह का पता नहीं किया जा सकता है कमजोर बातचीत पदार्थ के साथ। क्योंकि कणों विद्युत आवेशित रहे हैं, वे विद्युत चुम्बकीय बलों में कार्य नहीं करते हैं, और इसलिए, वे पदार्थ के आयनीकरण कारण नहीं है। इसके अतिरिक्त, वे केवल कमजोर बातचीत मामूली बल के माध्यम से पदार्थ के साथ प्रतिक्रिया। इसलिए, वे सबसे मर्मज्ञ उपपरमाण्विक किसी भी प्रतिक्रिया पैदा करने के बिना परमाणुओं की एक बड़ी संख्या के माध्यम से गुजर करने में सक्षम कण हैं। केवल 1 इन एक दूरी पृथ्वी के व्यास के बराबर से कपड़े के माध्यम से यात्रा के कणों की 10 अरब करने के लिए, प्रोटॉन या न्यूट्रॉन के साथ प्रतिक्रिया करते हैं।

अंत में, 1956 में अमेरिकी भौतिकविदों के एक समूह, फ़्रेडरिक राइन्स के नेतृत्व में सूचना दी इलेक्ट्रॉन antineutrino की खोज। प्रयोगों में यह निकलने वाली परमाणु रिएक्टर antineutrinos, एक प्रोटॉन के साथ प्रतिक्रिया, न्यूट्रॉन और positrons गठन। सह-उत्पाद बाद के अनन्य (और दुर्लभ) ऊर्जा हस्ताक्षर कण के अस्तित्व का सबूत था।

खुलने का आरोप लगाया लेप्टॉन muons गया था दूसरे प्रकार न्युट्रीनो के बाद पहचान के लिए प्रारंभिक बिंदु - muon। उनकी पहचान एक कण त्वरक में प्रयोग के परिणाम के आधार पर 1962 में किया गया। उच्च ऊर्जा muons क्षय न्युट्रीनो अनुकरणीय-मेसॉनों द्वारा गठित और डिटेक्टर को निर्देश दिया है ताकि यह संभव हो गया था पदार्थ के साथ उनकी प्रतिक्रिया की जांच। तथ्य यह है कि वे गैर प्रतिक्रियाशील, साथ ही कणों के अन्य प्रकार हैं के बावजूद, यह पाया गया कि दुर्लभ मामलों में जब वे प्रोटॉन या न्यूट्रॉन, muons, न्युट्रीनो muons के साथ प्रतिक्रिया, लेकिन कभी इलेक्ट्रॉनों। 1998 में, अमेरिकी भौतिकविदों लिओन लेडरमैन, मेल्विन श्वार्ट्ज और Dzhek Shteynberger म्यूऑन-न्युट्रीनो की पहचान के लिए भौतिक विज्ञान में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया।

ताऊ - 1970 के मध्य में, न्युट्रीनो भौतिकी का आरोप लगाया लेप्टॉन का एक और प्रकार प्राप्त की। ताऊ-न्युट्रीनो और ताऊ-antineutrinos इस तीसरे आरोप लगाया लेपटोन से जुड़े हैं। 2000 में, राष्ट्रीय त्वरक प्रयोगशाला में भौतिकविदों। एनरिको फर्मी कणों के इस प्रकार के अस्तित्व के पहले प्रयोगात्मक सबूत की सूचना दी।

भार

न्युट्रीनो के सभी प्रकार बड़े पैमाने पर है, जो अपने साथियों का आरोप लगाया की तुलना में काफी कम है। उदाहरण के लिए, अनुभव बताता है कि इलेक्ट्रॉन न्युट्रीनो की बड़े पैमाने पर होना चाहिए इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान और तीन किस्मों की जनता की राशि के कम से कम 0.002% 0.48 eV से कम होना चाहिए। कई वर्षों के लिए सोचा था कि कण के द्रव्यमान शून्य, हालांकि वहाँ कोई बाध्यकारी सैद्धांतिक सबूत, कारण है कि यह उस तरह से होना चाहिए था। फिर, 2002 में, Sudbury न्यूट्रिनो वेधशाला पहला प्रत्यक्ष प्रमाण नहीं है कि इलेक्ट्रॉन न्युट्रीनो सूरज की कोर में परमाणु प्रतिक्रियाओं द्वारा उत्सर्जित, जब तक कि वे इसके माध्यम से गुजरती हैं, उसके प्रकार को बदलने प्राप्त हुई थी। इस तरह के "दोलनों" न्युट्रीनो यदि संभव हो तो एक या एक से अधिक कणों की एक छोटी सी द्रव्यमान होता है। अपनी पढ़ाई पृथ्वी के वायुमंडल में ब्रह्मांडीय किरणों की बातचीत भी बड़े पैमाने पर की उपस्थिति का संकेत है, लेकिन आगे के प्रयोगों और अधिक सही इसे परिभाषित करने की जरूरत है।

सूत्रों का कहना है

न्युट्रीनो के प्राकृतिक स्रोतों - पृथ्वी, जो कम ऊर्जा इलेक्ट्रॉन antineutrino की एक बड़ी प्रवाह में उत्सर्जित होता है के भीतर तत्वों का एक रेडियोधर्मी क्षय। सुपरनोवा भी फ़ायदेमंद घटना न्यूट्रिनो, के बाद से इन कणों केवल एक गिर स्टार में गठित hyperdense सामग्री घुसना कर सकते हैं; केवल ऊर्जा का एक छोटा सा हिस्सा प्रकाश में बदल जाती है। गणना पता चलता है कि सौर ऊर्जा के बारे में 2% - ऊर्जा न्युट्रीनो में गठित थर्मोन्यूक्लियर की प्रतिक्रियाओं संलयन। यह संभावना है कि ब्रह्मांड के काले पदार्थ के सबसे बिग बैंग के दौरान उत्पादन न्युट्रीनो से बना है है।

भौतिकी समस्याओं

खगोल भौतिकी न्युट्रीनो से संबंधित है, और विविध और तेजी से विकसित क्षेत्रों। वर्तमान मुद्दों है कि प्रायोगिक और सैद्धांतिक प्रयासों की एक बड़ी संख्या को आकर्षित करने, निम्नलिखित:

• विभिन्न न्युट्रीनो जनता क्या हैं?
• कैसे वे ब्रह्माण्ड विज्ञान, बिग बैंग प्रभावित करते हैं?
• वे दोलन?
• न्युट्रीनो का एक प्रकार कर सकते हैं एक और में बदल जाता है के रूप में वे बात और अंतरिक्ष के माध्यम से यात्रा?
• न्युट्रीनो मौलिक उनके प्रति-कण से भिन्न हैं?
• कैसे एक सुपरनोवा के रूप में पतन तारे हैं?
• ब्रह्माण्ड विज्ञान में न्युट्रीनो की क्या भूमिका है?

विशेष रुचि का लम्बे समय से समस्याओं में से एक तथाकथित सौर न्युट्रीनो समस्या है। यह नाम तथ्य यह है कि कई स्थलीय पिछले 30 वर्षों में आयोजित प्रयोगों के दौरान, लगातार मनाया कणों आवश्यक की तुलना में छोटे ऊर्जा सूर्य से निकलने वाली निर्माण करने के लिए संदर्भित करता है। एक संभव समाधान दोलन, यानी है। ई इलेक्ट्रॉन न्युट्रीनो के परिवर्तन पृथ्वी पर यात्रा के दौरान muon या ताऊ करने के लिए। तो कितना अधिक कठिन कम ऊर्जा म्यूऑन या ताऊ न्युट्रीनो को मापने के लिए, परिवर्तन के इस प्रकार समझाने कारण है कि हम पृथ्वी पर कणों की सही मात्रा को नहीं देख पा जाएगा।

चौथा नोबेल पुरस्कार

भौतिकी 2015 में नोबेल पुरस्कार न्युट्रीनो द्रव्यमान का पता लगाने के लिए ताकाकी काजी और आर्थर मैकडोनाल्ड को सम्मानित किया गया। यह चौथा समान पुरस्कार इन कणों के प्रायोगिक मापन के साथ जुड़े थे। किसी का कारण है कि हम कुछ है कि मुश्किल से साधारण पदार्थ के साथ बातचीत के बारे में इतना ध्यान देना चाहिए सवाल में दिलचस्पी हो सकती है।

तथ्य यह है कि हम इन अल्पकालिक कणों का पता लगाने कर सकते हैं, मानव विदग्धता के लिए एक वसीयतनामा है। क्वांटम यांत्रिकी, संभाव्य के नियमों के बाद से, हम जानते हैं कि, तथ्य यह है कि लगभग सभी न्युट्रीनो का पृथ्वी के माध्यम से पारित होने के बावजूद, उनमें से कुछ के साथ बातचीत करेंगे। डिटेक्टर की पर्याप्त रूप से बड़े आकार पंजीकृत किया गया है में सक्षम है।

इस तरह की पहली डिवाइस साठ के दशक में बनाया गया था, दक्षिण डकोटा में एक खदान में गहरी। शाफ्ट 400 हजार। एल सफाई तरल पदार्थ में भरा हुआ था। औसत एक कण न्युट्रीनो पर दैनिक, क्लोरीन के एक परमाणु साथ सूचना का आदान यह आर्गन में परिवर्तित। अविश्वसनीय रूप से, रेमंड डेविस, जो डिटेक्टर के लिए जिम्मेदार था, कई आर्गन परमाणुओं का पता लगाने के लिए विधि की खोज, और चार दशक बाद, 2002 में, इस अद्भुत इंजीनियरिंग उपलब्धि के लिए वह नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था।

नई खगोल विज्ञान

क्योंकि न्युट्रीनो इतना कमजोर बातचीत, वे महान दूरी की यात्रा कर सकते हैं। वे हमें स्थानों है कि अन्यथा हम देख चुके हैं कभी नहीं होगा की एक झलक देते हैं। न्युट्रीनो डेविस, परमाणु प्रतिक्रियाओं है कि सूर्य के दिल में जगह ले ली का एक परिणाम के रूप में गठन का पता चला है, और इस अविश्वसनीय रूप से घने और गर्म सीट सिर्फ इसलिए कि वे अन्य विषय के साथ बातचीत नहीं करते हैं छोड़ने के लिए सक्षम थे। तुम भी पृथ्वी से और अधिक से अधिक एक लाख प्रकाश वर्ष की दूरी पर एक विस्फोटित सितारे के केंद्र से उत्सर्जित न्युट्रीनो पता लगा सकते हैं।

इसके अलावा, इन कणों वह अपने बहुत छोटे पैमाने में ब्रह्मांड, जिसमें उन जिनेवा में लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर पर गौर कर सकते तुलना में काफी छोटा निरीक्षण करने के लिए संभव बनाते हैं, की खोज की हिग्स बोसॉन। यही कारण है कि नोबेल समिति एक अन्य प्रकार की न्युट्रीनो की खोज के लिए पुरस्कार का फैसला किया नोबेल पुरस्कार के लिए है।

रहस्यमय कमी

रे डेविस सौर न्युट्रीनो मनाया है, वह उम्मीद मात्रा का केवल एक तिहाई पाया। अधिकांश भौतिकविदों का मानना है कि सूर्य के खगोल भौतिकी के गरीब ज्ञान है इस का कारण: शायद चमकने अवभूमि मॉडल राशि अपनी न्युट्रीनो में उत्पादित overestimated। फिर भी, कई वर्षों के लिए, के बाद भी सौर मॉडल में सुधार हुआ है, घाटा बने रहे। भौतिकविदों एक और संभावना के लिए ध्यान का भुगतान किया है: समस्या इन कणों के बारे में हमारी धारणा से संबंधित हो सकता। सिद्धांत के अनुसार, तो प्रबल वे वजन नहीं था। लेकिन कुछ भौतिकविदों का कहना है कि वास्तव में कण एक अत्यल्प बड़े पैमाने पर है, और इस बड़े पैमाने पर कमी का कारण था।

तीन-सामना कण

न्युट्रीनो दोलनों के सिद्धांत के अनुसार, प्रकृति में, उनमें से तीन विभिन्न प्रकार हैं। एक कण द्रव्यमान है, तो के रूप में यह बढ़ता रहता है यह एक और करने के लिए एक प्रकार से पारित कर सकते हैं कि। तीन प्रकार - इलेक्ट्रॉन, muons और ताऊ - पदार्थ के साथ बातचीत में इसी आवेशित कण (इलेक्ट्रॉन और म्यूऑन ताऊ लेप्टॉन) में बदला जा सकता। "दोलन" क्वांटम यांत्रिकी के कारण है। न्युट्रीनो प्रकार स्थिर नहीं है। यह समय के साथ बदल जाता है। न्युट्रीनो है, जो एक ई-मेल के रूप में अपने अस्तित्व के लिए शुरू किया, एक muon में वापस बदल सकते हैं, और उसके बाद। इस प्रकार, एक कण, सूर्य के मूल में गठित पृथ्वी के रास्ते पर समय-समय पर म्यूऑन न्यूट्रिनो और इसके विपरीत में परिवर्तित किया जा सकता है। के बाद से डेविस डिटेक्टर केवल इलेक्ट्रॉन न्युट्रीनो, जो आर्गन में क्लोरीन की एक परमाणु रूपांतरण करने के लिए ले जा सकता है पता लगा सकता है, यह संभव लग रहा था कि अन्य प्रकार में बदल गया लापता न्युट्रीनो। (ऐसा लगता है कि न्युट्रीनो सूर्य के अंदर, और नहीं पृथ्वी के रास्ते पर दोलन)।

कनाडा के प्रयोग

इस परीक्षण करने के लिए एक ही रास्ता एक डिटेक्टर कि न्युट्रीनो के सभी तीन प्रकार के लिए काम किया बनाने के लिए किया गया था। 90 के दशक के ओंटारियो में क्वीन्स यूनिवर्सिटी के आर्थर मैक्डोनाल्ड से शुरू, वह टीम है, जो Sudbury, ओंटारियो में एक खदान में किया जाता है का नेतृत्व किया। स्थापना भारी जल की टन, कनाडा की सरकार द्वारा ऋण प्रदान की हैं। भारी पानी दुर्लभ है, लेकिन पानी की प्राकृतिक रूप से उत्पन्न फार्म, जिसमें हाइड्रोजन एक प्रोटॉन, जिसमें यह भारी आइसोटोप ड्यूटेरियम है, जो एक प्रोटॉन और न्यूट्रॉन शामिल हैं ने ले ली है। कनाडा की सरकार ने भारी पानी खरीदकर भंडार, मी। लालकृष्ण यह एक परमाणु रिएक्टर में शीतलक हेतु प्रयोग किया जाता है। न्युट्रीनो तीनों प्रकार के प्रोटान और न्यूट्रान, न्यूट्रॉन और उसके बाद की गिनती के रूप में ड्यूटेरियम नष्ट कर सकता है। वास्तव में राशि है कि सबसे अच्छा सूर्य मॉडल भविष्यवाणी - डिटेक्टर डेविस के साथ तुलना में लगभग तीन गुना संख्या दर्ज किया। यह पता चलता है कि इलेक्ट्रॉन न्युट्रीनो इसके अन्य प्रकार में दोलन कर सकते हैं।

जापानी प्रयोग

लगभग उसी समय, टोक्यो विश्वविद्यालय से Takaaki Kadzita एक और उल्लेखनीय प्रयोग किया। एक डिटेक्टर जापान में शाफ्ट में रखा न्युट्रीनो सूर्य के आंतरिक भाग को नहीं आ रहा है, और ऊपरी वायुमंडल से दर्ज की गई। वातावरण के साथ ब्रह्मांडीय किरणों की प्रोटॉन की टक्कर में म्यूऑन न्यूट्रिनो सहित अन्य कणों, की बारिश बनते हैं। मेरा में वे muons में हाइड्रोजन नाभिक में बदल रही हैं। डिटेक्टर Kadzity कणों दो दिशाओं में आ रहा देख सकता था। कुछ, ऊपर से गिर गया, वातावरण से आ रही है, जबकि दूसरों नीचे से बढ़ रहे हैं। कणों की संख्या अलग था, कि उनके अलग प्रकृति के बारे में बात - वे अपने oscillatory चक्र के विभिन्न स्थानों पर थे।

विज्ञान के क्षेत्र में क्रांति

यह सब विदेशी और आश्चर्य की बात, लेकिन क्यों न्युट्रीनो दोलनों और बड़े पैमाने पर इतना ध्यान आकर्षित है? वजह साफ है। प्राथमिक कण भौतिकी के मानक मॉडल, बीसवीं सदी है, जो सही ढंग से त्वरक और अन्य प्रयोगों में अन्य सभी प्रेक्षणों का वर्णन के पिछले पचास वर्षों में विकसित में, न्युट्रीनो massless होने के लिए गए थे। न्युट्रीनो बड़े पैमाने पर की खोज इंगित करता है कि कुछ याद आ रही है। मानक मॉडल पूरा नहीं हुआ है। लापता तत्व अभी तक की खोज की जा करने के लिए - लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर या अन्य की मदद से, फिर भी आभासी मशीन नहीं बनाया गया है।