Вездесущие и наглые нейтрино: о частицах, ежесекундно проходящих сквозь нас
Вездесущие и наглые нейтрино: о частицах, ежесекундно проходящих сквозь нас
Нейтрино - что же это за частицы такие, которые физики по всему миру пытаются изловить? Что они из себя представляют? Откуда они возникают и как приходят на Землю? И почему же они "наглые"?

Как впервые напали на их след?

В первой половине ХХ был открыт радиоактивный распад атомов, и самый интересный его вид в вопросе поиска нейтрино - это бета-распад. Он приводил к тому, что атом одного вещества превращался в другой, а при этом вылетал электрон. Сравнивая энергию получившегося атома с тем, который был, физики предсказали энергию, с которой должен вылететь электрон, но не тут-то было: энергия электрона не соответствовала показателю, основанному на законе сохранения энергии. Неужели закон сохранения энергии не работает в мире частиц?!

"Это какие-то неправильные электроны!"
"Это какие-то неправильные электроны!"

Швейцарский физик Вольфганг Паули в 1930 году предположил, что должна существовать какая-то лёгкая, электрически нейтральная частица, которая уносит энергию, и в результате чего мы и не наблюдаем должного количества энергии. Сам Паули скептически отнёсся тогда к своему открытию, так как он не имел представления о том, как её поймать, ведь она же электрически нейтральная и очень лёгкая.

В 1934 году итальянский физик Энрико Ферми пытается описать теорию бета-распада, вводя новый тип взаимодействия между элементарными частицами - слабый тип взаимодействия. В качестве яркого примера в своих работах он приводил бета-распад нейтрона, в ходе которого улетает протон, электрон и нейтрино (именно он и ввёл этот термин) - маленькая, электрически нейтральная и очень лёгкая частица. В 1956 году нейтрино всё-таки удалось изловить экспериментальным путём американским физикам Ф.Райнесу и Ч.Коуэну при помощи ядерного реактора: они построили детектор нейтрино и разместили его возле ядерного реактора на атомной электростанции. Они умудрились поймать несколько сотен триллионов нейтрино, которые летели из реактора и генерировались бета-распадами ядер урана и плутония.

Что же такое нейтрино?

Нейтрино - это фундаментальная частица, не имеющая электрического заряда и обладающая крайне малой массой, почти равной нулю. Они являются самыми распространёнными частицами во Вселенной, но их очень трудно поймать, так как они почти не имеют массы, очень быстро движутся и не взаимодействуют ни с чем, при этом они могут пройти сквозь что угодно - любую толщу материи, не говоря уже о нас самих. Джон Апдайк даже написал стихотворение о нейтрино, назвав интересное свойство этих частиц "космической наглостью", очень точно их охарактеризовав:

Нейтрино, крохотные тени,
Отринув массу и заряд,
Не признают закон общений,
Взаимодействий и преград.

Само слово нейтрино означает "маленький" и "нейтральный". Они участвуют только в гравитационном и слабом фундаментальном взаимодействии (оно ответственно за радиоактивный распад атомов). Не имея почти никакой массы, нейтрино путешествуют в пространстве с околосветовой скоростью.

Для обнаружения нейтрино нужны очень большие и очень чувствительные детекторы, изолированные от внешней среды и находящиеся глубоко под землёй. Например, нейтринный детектор «Супер-Камиоканде» предназначен для поиска гипотетического распада протона, изучения нейтрино, а также регистрации нейтринных вспышек сверхновых. Детектор размещён в японской лаборатории на глубине в 1 км в цинковой шахте Камиока, в 290 км к северу от Токио.

Внутри Супер-Камиоканде
Внутри Супер-Камиоканде

Детектор «Супер-Камиоканде» представляет собой резервуар из нержавеющей стали в форме цилиндра высотой 41,4 м и диаметром основания 39,3 м, заполненный 50 тыс. тонн специально очищенной воды. На стенах резервуара размещены 11146 фотоумножителей - это чрезвычайно светочувствительные приборы: при попадании на их поверхность даже одного кванта света они генерируют электрический импульс, который затем обрабатывает специальная электронная система. Также детектор оснащён огромным количеством электроники, компьютеров, калибровочных устройств и оборудованием для очистки воды.

*Интересный факт! Нейтрино настолько "наглые", что могут беспрепятственно проходить через слой жидкого водорода в тысячу световых лет толщиной! Причём, сделают они это с такой же лёгкостью, как и лучи света проходят сквозь прозрачное стекло на окнах. Примерно 100 млрд нейтрино проходят через каждый квадратный сантиметр нашего тела, но мы этого не чувствуем, поскольку они не взаимодействуют с материей нашего тела, а только "нагло" его пронизывают.

Когда они появились во Вселенной?

Огромное их количество появилось за доли секунд после Большого взрыва, но и сейчас новые нейтрино постоянно создаются в ядерных "сердцах" звёзд, в ускорителях частиц, во время вспышек сверхновых и при распаде радиоактивных элементов. Предполагается, что большая часть тёмной материи может состоять из первичных нейтрино, образовавшихся после Большого взрыва, а чёрные дыры могут быть источниками нейтрино высоких энергий.

Мы тоже хотим "понаглеть" и использовать нейтрино, и вот, зачем...
Нейтрино стали бы незаменимыми помощниками для науки и совершенствования наших технологий. Из всех частиц сверхвысоких энергий путешествовать в космосе могут только нейтрино.

Для чего они нам пригодятся?

1. Для быстрой передачи информации сквозь любую материю.
2. Использование нейтрино помогло бы нам заглянуть внутрь планет и уже не строить гипотезы об их строении и составе, а изучить всё наверняка (сделать это было бы возможно, если бы мы сумели сфокусированным нейтрино-лучом проникнуть сквозь планету и "просветить" её - метод напоминает рентгеновское исследование организма).
3. Если бы мы "приручили" нейтрино, то нам бы не нужны были ни кабели, ни спутники для передачи информации.
4. Можно будет "общаться" с космическими аппаратами, даже если между нами будут другие планеты, и, опять же, сигналы придут значительно быстрее.
5. И общаться можно будет не только с космическими аппаратами... Мы бы смогли "слушать" Вселенную в новом диапазоне и посылать сообщения в любую сторону галактики, и, возможно, найти братьев по разуму. Вероятно, развитые цивилизации и общаются при помощи потоков нейтрино. Нейтринный "телеграф", пожалуй, самый эффективный метод общаться с кем угодно.Источник: "Астрономия с Ауриэль"
Опубликовано 25 ноября 2021 Комментариев 0 | Прочтений 546

Ещё по теме...

Добавить комментарий
Периодические издания



Информационная рассылка:

Рассылка X-Files: Загадки, Тайны, Открытия