Nötrinoların statik kütlesi var mı? Ya varsa? Fizikçinin cevabı şaşırtıcı
Nötrino çalışmalarından bilimsel araştırmanın ilerlemesini görmek için
Her şeyden önce, nötrinonun ne olduğunu hatırlamak önemlidir. Erken radyolojik çalışmalar, nötronların bozunduğunu ve bozunma ürünlerinin sadece protonlar ve elektronlar olduğunu göstermiştir. Ama bozunma ürünleri sadece bunlardan ibaretse, hoş olmayan bir sorun ortaya çıkar - eğer bir nötron durağansa, belli bir miktar enerji taşıyacaktır. (E = mc ^ 2 olduğundan kütlesi, kalan enerjiye eşittir.) Bozunma ürününün toplam enerjisi - protonların ve elektronların kütlesi ve kinetik enerjisi - nötronların kalan enerjisine eşit olamayacağından, iki olasılık önerilmiştir: Enerji korunmaz veya üçüncü bir bozunma ürünü vardır.
Wolfgang Pauli, enerjinin korunumu yasasından vazgeçmenin uygunsuz olduğunu düşündü, bu yüzden 1930'da nötron bozunmasının üçüncü bir tür parçacık üreteceğini önerdi (Enrico Fermi buna "Küçük nötron" veya nötrino). Nötronlar nötr olduğundan ve elektronlar -1 yüke ve protonlar +1 yüke sahip olduğundan, bu tür parçacıklar nötr kalmalıdır, yani yüksüz veya 0 yüke sahip olmalıdır. 1956'da, C. Cowan Ve Reines (F.Reines) doğrudan nötrinoları tespit ederek Pauli ve Fermi'nin teorisini doğruladı. (Deneysel çalışması nedeniyle Reines, 1995 Nobel Fizik Ödülü'nü kazandı.)
Elektromanyetik kuvvet yoluyla etkileşime girebilen elektron ve protonlardan farklı olarak, nötrinoların etkileşimi yalnızca zayıf etkileşim kuvvetlerine dayanabilir (elektronlar ayrıca zayıf etkileşim kuvvetleri yoluyla etkileşebilirler), bu da Pauli'nin teorisine önerildikten sonra yol açar. Uzun bir süre nötrinolar keşfedildi. Adından da anlaşılacağı gibi, zayıf etkileşim gücü çok zayıftır. Bir nötrino gezegenimizden zahmetsizce geçebilir Aslında bu makaleyi okuduğunuzda vücudunuzdan milyarlarca nötrino geçmektedir. Nötrinoları tespit etmek için deneysel bir cihaz geliştirmenin çok zor olduğu tahmin edilebilir.
1956'dan beri başka nötrino türleri keşfedildi. Elektronların yanı sıra elektronlardan çok daha büyük olan müonlar ve tauonların kendilerine ait nötrinoları, yani elektron nötrinoları, müon nötrinoları ve tau nötrinoları vardır. (Ek olarak, bu üç tür parçacık da kendi antiparçacıklarına, yani elektron antinötrinolara, müon antinötrinolara ve tau antinötrinolara sahiptir. Ek olarak, nötronların bozunması aslında bir elektron üretecektir. Denklemin her iki tarafında da bir denge sağlayan bir proton ve bir elektron antinötrino.) İlk çalışmalar nötrinoların kütlesinin olmadığını varsaydı ve kısa süre sonra deneyler bunu kanıtladı - elektron nötrinoları ve antinötrinolar Çocuğun kütlesi varsa, o zaman çok küçük olmalıdır.
1960'larda Raymond Davis Jr., güneş nükleer füzyon yoluyla parlarsa, zengin bir nötrino kaynağı olması gerektiğini fark etti. Önemli enerji üretim süreçleri olarak kabul edilen güneşin çekirdeğindeki bu çeşitli füzyon reaksiyonları, yan ürün olarak nötrinolar üretir. Homestake madenindeki ünlü bir deneyde, bazı güneş nötrinolarını tespit etmek için yola çıktı. John Bahcall, Davis ile işbirliği yaptı ve bu deneyin tarihsel bir kaydını sns.ias üzerine yazdı. Bu konunun zorluğuna rağmen - son birkaç yılda, deneysel sonuçlar ile beklentiler arasındaki fark açıktı: Homestake'de bulunan nötrinoların sayısı, güneşi bir model olarak kullandığınızda beklenenden çok daha düşük. Buna ek olarak, 1980'lerin sonlarından 1990'ların başına kadar yeni deneylerin ortaya çıkmasıyla bu sorun daha ciddi hale geldi - yalnızca nötrinoların sayısı beklenenden daha az değildi, enerjileri de beklentileri karşılamadı.
Bu sorunun üç açıklaması var:
(1) Güneş modelimiz yanlış. Özellikle güneşin çekirdeğinin sıcaklığı tahmin edilen değerden biraz daha düşük olduğunda füzyon reaksiyon hızı azalacak ve yeryüzünde tespit edilebilen nötrino sayısı da azalacaktır;
(2) Nötrino anlayışımız yeterince kapsamlı değil, yani nötrinoların kalitesi var;
(3) İkisi de.
Gökbilimciler açıklamadan memnun değiller (1). Güneşin çekirdeğindeki füzyon reaksiyonu, sıcaklığına çok duyarlıdır. Açıklamanın (1) kullanılması modelin bazı ince ayarını gerektiriyor gibi görünüyor. (1990'larda güneşin gözlemleri, gökbilimcilerin başlangıçtaki memnuniyetsizliğini doğruladı. Gökbilimciler, güneş yüzeyinin altındaki sıcaklığı tespit etmek için ikinci bir yöntem bulmak için heliosismoloji apodunu kullandılar. Sonuçlar, çekirdeğin sıcaklığının olduğunu gösterdi. İyi modeller aynı sonuçları öngörür.)
Aksine, açıklama (2) makul görünüyor. Unutmayın, sadece nötrinoları tespit etmek zordur. Nötrinoların kaliteye sahip olma olasılığı mantıksız değildir. 1970'lerde Vera Rubin ve çalışma arkadaşları, sarmal galaksilerde çok sayıda görünmez maddenin var olduğunu kanıtladı. Nötrinoların kütlesi varsa, iki problem aynı anda çözülebilir: Sadece güneş nötrinolarının gözlemleriyle eşleşmekle kalmaz, aynı zamanda bazı "eksik nesneleri" veya karanlık maddeyi de açıklayabilir.
Açıklama (2) şudur: Nötrinoların kütleli olduğunu varsayarsak, gözlemlediğimiz elektron nötrinoları, müon nötrinoları ve tau nötrinoları "gerçek" nötrinolar olmayabilir. Gerçek nötrinolara nu1, nu2 ve nu3 diyoruz ve bunlar, gözlemlenebilir nötrinolar üretmek için çeşitli şekillerde birleşecekler. Ek olarak, kuantum mekaniğinin çeşitli özellikleri de bu gözlemlenebilir nötrinoları çeşitli özellikler arasında "salınım" yapar. Bu nedenle, güneşin çekirdeğinde üretilen bir nötrino, dünyaya ulaştığında bir müon nötrinoya salınacaktır. İlk deneyler yalnızca elektron nötrinolarını tespit ettiğinden, elektron nötrinoları farklı türden nötrinolar haline gelirse, bu bariz fark çözülecekti. Bu açıklamaya MSW etkisi denir ve ilk olarak üç fizikçi Mikheyev, Smirnov ve Wolfenstein tarafından önerildi.
Şimdi ikinci açıklamanın doğru olduğu görülüyor. Sudbury Neutrino Observatory (SNO) Super Kamioka Observatory, Liquid Scintillator Neutrino Detector (LSND) Experiment ve Main Injector Neutrino Oscillation Search (MINOS) gibi çeşitli zemin deneyleri doğrudan tespit edebiliyor gibi görünüyor. Nötrinoların salınımına.
Nötrino salınımını açıklamak için gereken kütle gerçekten çok küçüktür. Bu kütle, evrendeki tüm nötrinoların evrenin yoğunluğu üzerinde büyük bir etkiye sahip olamayacağı kadar küçüktür. Yine de, güneş nötrino problemini çözmek için yeterli görünmektedir.
Referans
1. Wikipedia Ansiklopedisi
2. Astronomik terimler
çeviri: Sonbahar Rüyası
Yazar: Joseph Lazio
İlgili herhangi bir içerik ihlali varsa, silmek için lütfen 30 gün içinde yazarla iletişime geçin
Lütfen yeniden basım için yetki alın ve bütünlüğü korumaya ve kaynağı belirtmeye dikkat edin
