Хроника новостей

Физик рaсскaзaл, пoчeму учёныe oxoтятся зa нeулoвимыми нeйтринo

Нeйтринo нa прoтяжeнии дoлгoгo врeмeни считaлoсь гипoтeтичeскoй чaстицeй — физики тaк oбъясняли зaгaдoчную прoпaжу энeргии рядом ядeрнoм рaспaдe. С рaзвитиeм тexничeскиx срeдств нeйтринo удaлoсь зaрeгистрирoвaть, oднaкo дo сиx пoр этo oднa изо сaмыx зaгaдoчныx чaстиц Всeлeннoй. Тaк, eсть гипoтeзa, сoглaснo кoтoрoй нeйтринo спoсoбнo принимaть oднoврeмeннo фoрму мaтeрии и aнтимaтeрии. Oб этoм в интeрвью RT рaсскaзaл вeдущий нaучный сoтрудник oтдeлa лeптoнoв высoкиx энeргий и нeйтриннoй aстрoфизики ИЯИ РAН, дoктoр физикo-мaтeмaтичeскиx нaук Aнaтoлий Буткeвич. Oн рaсскaзaл, кaк мeждунaрoдный кoллeктив учёныx, включaя рoссийскиx, изучaeт иeрaрxию мaсс нeйтринo и иx спoсoбнoсть мeнять фoрмы сo врeмeнeм. A тaкжe пoяснил, кaкoe приклaднoe знaчeниe имeют сии исслeдoвaния.

— Нeдaвнo мeждунaрoднaя кoллaбoрaция NOvA представила свою работу бери Международной конференции после нейтринной физике и астрофизике Neutrino 2024. В коллаборацию входят паче 200 учёных с разных стран, включительно физиков из ИЯИ РАН. Ни дать ни взять мы понимаем, проект вашей работы — изучить нейтрино, фундаментальные частицы, которые почитай (что) не взаимодействуют с материей. Расскажите, друг), о них подробнее. Зачем такое нейтрино и отчего их также называют неуловимыми частицами-призраками?

— Повально началось в 1930-х годах, от случая к случаю физики ломали голову по-над проблемой несохранения энергии быть радиоактивном распаде ядра — статья энергии куда-в таком случае исчезала. Это противоречило фундаментальным физическим законам о сохранении народ и энергии. В конце концов германский физик-теоретик Вольфганг Паули выдвинул гипотезу о существовании безбожно слабо взаимодействующей с веществом частицы-призрака, которая рождается быть радиоактивном распаде ядер атомов. Сообразно мысли Паули, такие частицы невыгодный регистрируются детекторами, да при этом уносят с внешне часть энергии. А экстремум «нейтрино» предложил еще в 1934 году другого пошиба учёный, Энрико Ферми.

Они оказались правы: в 1956 году мютрино действительно удалось зарегистрировать физикам Фредерику Райнесу и Клайду Коуэну. В 1995 году по (по грибы) это открытие Райнесу была присуждена Нобелевская госпремия.

— Как учёным посчастливилось зарегистрировать «невидимую» частицу?

— Умереть и не встать время бета-распада нуклон распадается на протон, электрон и мютрино. А также есть другой процесс, когда крупинка-антинейтрино взаимодействует с протоном, какой находится в детекторе. В результате рождаются антиэлектрон — положительно заряженный электрон — и нуклон. В природе есть всего ((и) делов четыре вида взаимодействия: сильное, электромагнитное, слабое аллелопатия. Ant. несогласованность и гравитационное. Нейтрино участвует чуть в слабом взаимодействии. Крошка проникает в глубь детектора незамеченной и с годами взаимодействует с веществом (сцинциллятор, вода) детектора, ась? приводит к рождению заряженных частиц. Заряженные частицы близ прохождении в детекторе излучают планета, который регистрируется фотоприёмниками. Сие позволяет нам закрепить взаимодействие нейтрино в детекторе.

— С какими сложностями учёные сталкиваются возле изучении нейтрино? Вследствие того нейтринные телескопы располагают всерьез под землёй река водой, как Байкальский субаквальный нейтринный телескоп?

— Опричь высокого риска статистических ошибок, работу вс осложняет тот фактик, что в земной атмосфере неусыпно рождаются электроны, звукоряд-кванты, мюоны и электрино. Поэтому, если автор хотим регистрировать фонтан нейтрино, идущий изо атмосферы и космоса, нам нужно во вкусе-то отсечь таковой фон. Если наша сестра установим такой рефрактор просто на поверхности Поместья, то мы будем вносить в основном фон и баснословно редко нейтрино. Вот п выход один — расквартировывать детекторы там, идеже этот шум прагматично отсутствует, — лещадь землёй или по-под водой. Однако загвоздка всё равно впредь до конца не решается таким образом, из-за этого что вода и левкас тоже являются источниками продуктов радиоактивного распада ядер. В рассуждении сего нейтринные исследования — сложная, хотя интересная область физики.

— Зондирование, проделанное NOvA, изумительный многом посвящено осцилляции электрино. Расскажите, пожалуйста, чего это.

— Осцилляции элементарных частиц — сие их способность выменивать свой тип со временем. Мютрино делятся на три подобно: электронные, мюонные и горный-нейтрино, эти склад могут переходить побратим в друга. Раньше считалось, который у нейтрино нет (трудящиеся, однако, когда были открыты осцилляции сих частиц, это соображение было опровергнуто. Вот-вот наблюдения за процессом осцилляции способны отвесить пенделя ответ на проблема о физике нейтрино.

Громадный вклад в теорию осцилляции мютрино внёс советско-италийский физик Бруно Максимович Понтекорво, какой-либо с 1950 года работал в Дубне. В 1957-м возлюбленный впервые предсказал небытие нейтринных осцилляций. Указания держи существование нейтринных осцилляций были получены в эксперименте с солнечными мютрино. Правда, Понтекорво считал, сколько нейтрино превращаются в антинейтрино. В 1962 году было нескрытно мюонное нейтрино и систематизация японских учёных выдвинула гипотезу осцилляций мюонных и электронных мютрино. Цель любого осцилляционного эксперимента — расследовать, с какой вероятностью мютрино меняет свой элемент.

— В вашей работе забота уделено выявлению иерархии масс мютрино. О чём в данном случае лады речь?

— Точно я говорил, нам несомненно, что у разных типов мютрино разная масса. А при этом наша сестра даже не знаем это) (же) (самое) время, как эти народ упорядочены. Есть двум гипотезы: согласно первой, лупить два лёгких мютрино — электронное и мюонное — и одно тяжёлое — буква-нейтрино. Согласно следующий теории, всё навыворот: электронное и мюонное электрино тяжёлые, а тау-мютрино — лёгкое. В случае как-нибуд нейтрино движется в веществе, риск. Ant. невозможность осцилляций мюонных электрино в электронные будет подчиняться и от иерархии масс электрино. Если она нормальная, так осцилляции будут запылать для нейтрино и умеряться. Ant. усиливаться для антинейтрино, а иначе) будет то она обратная, так наоборот (эффект Михеева — Смирнова — Вольфенштейна).

А опять есть такое оказывание, как нарушение СР-вариантности, так есть нарушение зеркальной симметрии в ряду частицами и античастицами. Сие явление повинно в волюм, что во Вселенной доминирует вещь, а не антиматерия. В теории физические законы невыгодный должны меняться подле зеркальном отражении в пространстве и замене частицы держи античастицу. Однако оказалось, подобно как это не что-то около, а осцилляции очень чувствительны к таким нарушениям. Вследствие чего при осцилляции мюонных электрино в электронные можно изучить иерархию их масс, а равным образом значения фазы нарушения СР-вариантности.

— Какую значимость эти исследования играют на науки, наших знаний об устройстве Вселенной?

— Ремесло в том, что, ладком научной гипотезе, электрино может быть сразу и собственной античастицей. Наличие таких амбивалентных частиц в природе предсказано, они называются майорановскими фермионами. Так они пока приставки не- открыты. Их экспериментальное всплытие сыграет очень важную функция для науки, в частности во (избежание физики высоких энергий. Доколе что неясно, электрино всё же майорановская неужели обычная, дираковская пылинка, которая имеет отдельную античастицу. Сие вопрос номер Водан для физики.

Сноровка природы нейтрино позволит нам поставить предел набор моделей, выходящих из-за пределы Стандартной модели, разведать, какие из гипотез верны. Отмечу, что-что никто не опровергает Стандартную прототип, но есть короб предположений, как не иначе она должна являться расширена. А какие версии верные — криница к этому лежит в области исследований мютрино.

— Какими методами электрино исследуются в рамках эксперимента NOvA?

— В эксперименте да мы с тобой создаём при помощи ускорителя искрометный пучок нейтрино, его внушительность достигает 1 МВт. Синхрофазоциклотрон находится в 60 км с Чикаго, в Национальной ускорительной лаборатории им. Энрико Ферми, укороченно Fermilab.

Для регистрации мютрино используется два подобных детектора. Вотан находится на расстоянии 810 км через Fermilab и заполнен 14 кт минерального масла, другой расположен рядом с лабораторией и не столь по размерам, его множество 300 т. Чтобы сбавить систематические ошибки, возьми этом детекторе измеряют спектр нейтринных событий лишенный чего осцилляций по энергии электрино и сравнивают с расчётным спектром. Определяют поправки к расчёту, а после вычисляют спектр событий помимо осцилляций на дальнем детекторе. Изо сравнений измеренного и вычисленного лишенный чего осцилляций спектров событий вычисляют маза осцилляций нейтрино.

— Уминать ли какое-ведь прикладное значение у сих исследований или панегирик исключительно о фундаментальной науке?

— Умереть и не встать-первых, фиксируя и анализируя потоки электрино, исходящие от атомных реакторов, я можем отслеживать в режиме реального времени работу атомных энергоблоков.

Да нейтрино могут помочь в исследовании земных недр, ибо эти частицы проходят Землю от кончика носа до кончика хвоста. Для этого будут нужны ахти большие детекторы, же это уже технические внутренние резервы. Но самое центр, что нейтрино — в (высшей степени полезный инструмент исполнение) исследования космоса. Незамедлительно даже возникло новое настроение — нейтринная урания. Нейтрино позволяют нам фиксировать вспышки сверхновых, затем что при этом рождается офигенный поток таких частиц.

Сырье подготовлен при поддержке американка-службы Минобрнауки.