Neutrino particle: txhais, zog, ib tug hauj lwm. neutrino oscillations - nws ...

Neutrino - ib lub tsev particle uas yog heev uas zoo sib xws rau lub electron, tab sis nws twb tsis muaj hluav taws xob xwb. Nws muaj ib tug heev me me loj, uas tej zaum yuav txawm yuav pes tsawg. Los ntawm qhov loj ntawm lub neutrino nyob rau hauv lub ceev. Qhov txawv nyob rau hauv lub sij hawm uas tuaj txog thiab lub particle beam yog 0,0006% (± 0,0012%). Nyob rau hauv 2011, nws yog tsim los thaum lub sij hawm lub Opera xyaum ua tej yam uas tus tshaj tawm tshaj cov kev ceev ntawm lub teeb neutrinos, tab sis ywj siab ntawm no tsis tau paub tseeb hais tias.

Lub elusive particle

Qhov no yog ib qho ntawm feem ntau hais nyob rau hauv lub ntug. Txij li thaum nws ua num ua ke heev me ntsis nrog teeb meem, nws yog incredibly yooj yim mus ntes. Electrons thiab neutrinos tsis koom nyob rau hauv lub muaj zog nuclear quab yuam, tab sis Attendance koom nyob rau hauv lub muaj zog. Hais muaj xws khoom no hu ua leptons. Nyob rau hauv tas li ntawd mus electron (positron thiab antiparticle), xa mus rau lub them leptons muon (200 electron loj), tau (3500 electron loj), thiab lawv antiparticle. Lawv hu ua: electron, muon thiab tau neutrinos. Txhua yam ntawm lawv muaj antimaterial tivthaiv, hu ua ib tug antineutrino.

Muon thiab tau, zoo li ib tug electron, muaj nrog hais. Nws muon thiab tau neutrinos. Peb hom kev hais txawv los ntawm txhua lwm yam. Piv txwv li, thaum muon neutrinos nrog lub hom phiaj, lawv yeej ib txwm tsim muons thiab yeej tsis tau los yog electrons. Nyob rau hauv cov tshuaj tiv thaiv ntawm tus hais, txawm hais tias electrons thiab electron neutrinos yog tsim thiab puas lawm, lawv zaum tseem unchanged. Qhov tseeb yuav ua rau ib tug kev sib cais leptons rau hauv peb hom, txhua tus uas muaj ib tug them leptons thiab nrog neutrino.

Mus ntes no particle yuav tsum tau ib tug heev loj thiab rhiab heev detectors. Raws li ib tug txoj cai, nrog cov uas tsis muaj zog neutrinos yuav mus rau ntau lub teeb xyoo mus rau lub sib tham nrog teeb meem. Thiaj li, tag nrho cov av thwmsim nrog lawv cia siab rau cov kev ntsuas ntawm ib tug me me feem uas ua num ua ke nrog registrars tsim nyog loj. Piv txwv li, nyob rau hauv ib tug neutrino observatory Sudbury, muaj 1,000 tonnes ntawm hnyav dej kis tau los ntawm lub ntes txog 1012 hnub ci neutrinos ib ob. Thiab pom xwb 30 ib hnub twg.

Keeb kwm ntawm foundations

Wolfgang Pauli thawj postulated lub hav zoov ntawm hais nyob rau hauv 1930. Nyob rau ntawm lub sij hawm, muaj ib tug teeb meem, vim hais tias nws ciali hais tias lub zog thiab angular momentum tsis khaws cia nyob rau hauv lub beta lwj. Tab sis Pauli taw tes qhia tawm hais tias yog muaj yog tsis tawm txim liab neutrinos interacting nruab nrab particle, lub zog txuag kev cai lij choj yuav tsum tau cai. Italian physicist Enrico Fermi nyob rau hauv 1934 tsim cov kev tshawb xav ntawm beta lwj, thiab tau muab nws lub npe ntawm tus particle.

Txawm tias tag nrho cov hau kev rau 20 xyoo, neutrinos yuav tsis yuav ntes tau experimentally vim nws tsis muaj zog sis nrog teeb meem. Vim hais tias tus hais yog electrically them, lawv tsis ua electromagnetic rog, thiab, yog li ntawd, lawv tsis ua ionization ntawm cov tshuaj yeeb dej caw. Tsis tas li ntawd, lawv xav li cas nrog rau cov tshuaj yeeb dej caw tsuas yog los ntawm tsis muaj zog cov kev sib tshuam me ntsis kev quab yuam. Yog li ntawd, lawv yog cov feem ntau ces subatomic hais muaj peev xwm ntawm dhau los ntawm ib tug lossis loj tus naj npawb ntawm atoms tsis tas yuav ua tej cov tshuaj tiv thaiv. Tsuas yog 1 mus rau 10 billion ntawm cov hais mus txawv tebchaws los ntawm cov ntaub los ntawm ib tug deb sib npaug zos rau txoj kab uas hla ntawm lub ntiaj teb, reacts nrog protons los yog neutron.

Thaum kawg, nyob rau hauv 1956 ib tug pab pawg neeg ntawm American physicists, coj los ntawm Frederick Reines qhia cov discovery ntawm lub electron antineutrino. Nyob rau hauv thwmsim nws antineutrinos faib nuclear reactor, reacting nrog ib tug proton, txoj kev neutrons thiab positrons. Cim (thiab tsis tshua muaj) lub zog kos npe ntawm lub yav tas los-khoom yog pov thawj ntawm lub hav zoov ntawm cov particle.

Qhib them leptons muons twb pib taw tes rau tom ntej qhia kom paub txog ob hom neutrinos - muon. Lawv qhia kom paub tau nqa tawm nyob rau hauv 1962 nyob rau hauv lub hauv paus ntawm qhov kev tshwm sim ntawm qhov xyaum ua tej nyob rau hauv ib tug particle tsuj roj. High-zog muons lwj neutrinos tsim los ntawm pi-mesons thiab raws kev coj kom lub ntes li ntawd nws twb tau mus xyuas lawv cov tshuaj tiv thaiv uas lub substance. Txawm tias muaj tseeb hais tias lawv yog cov uas tsis-reactive, raws li zoo li lwm hom hais, nws twb pom hais tias nyob rau hauv lub tsawg tus neeg mob thaum lawv hnov mob nrog protons los yog neutrons, muons, neutrinos muons, tab sis yeej tsis electrons. Nyob rau hauv 1998, American physicists Leon Lederman, Melvin Schwartz thiab Dzhek Shteynberger twb muab tsub lub Nobel nqi zog nyob rau hauv physics rau cov cim ntawm muon-neutrinos.

Nyob rau hauv nruab nrab-1970s, cov neutrino physics tau ib yam zoo them leptons - tau. Tau-neutrino thiab tau-antineutrinos tau txuam nrog rau qhov no peb them lepton. Nyob rau hauv 2000, physicists ntawm lub National Accelerator Laboratory. Enrico Fermi qhia cov thawj sim cov pov thawj ntawm lub hav zoov ntawm no hom ntawm hais.

hnyav

Tag nrho cov hom ntawm neutrinos muaj loj, uas yog npaum li cas tsawg tshaj li uas ntawm lawv nrog ib tug neeg them. Piv txwv li, thwmsim qhia tias qhov loj ntawm lub electron-neutrino yuav tsum muaj tsawg tshaj li 0,002% ntawm cov electron loj thiab lub sum ntawm masses ntawm peb ntau yam yuav tsum muaj tsawg tshaj 0,48 eV. Cov kev xav rau ntau xyoo uas qhov loj ntawm lub particle yog pes tsawg, txawm hais tias muaj yog tsis muaj yuam theoretical pov thawj, yog vim li cas nws yuav tsum tau hais tias txoj kev. Ces, nyob rau hauv 2002, lub Sudbury Neutrino Observatory twb tau tus thawj ncaj pov thawj tias electron neutrinos tawm txim liab los ntawm nuclear tshua nyob hauv tus tub ntxhais ntawm lub hnub, raws li ntev raws li lawv dhau los ntawm nws, hloov nws hom. Xws "oscillations" neutrino sai tau yog tias ib los yog ntau tshaj ntawm cov hais muaj ib tug me me loj. Lawv cov kev tshawb fawb txog tus sis ntawm cosmic rays nyob rau hauv lub ntiaj teb huab cua kuj qhia muaj cov loj, tab sis ntxiv thwmsim uas yuav tsum tau mus rau ntau meej txhais tau nws.

qhov chaw

Ntuj qhov chaw ntawm neutrinos - ib tug neeg lwj ntawm lub ntsiab nyob rau hauv lub ntiaj teb, uas yog tawm txim liab ntawm ib tug loj txaus los ntawm cov uas tsis muaj-zog electron-antineutrino. Supernovae kuj advantageously neutrino phenomenon, vim tej no hais tau xwb txeem hyperdense khoom tsim nyob rau hauv ib tug collapsing lub hnub qub; tsuas ib tug me me ib feem ntawm lub zog yog hloov dua siab tshiab mus rau lub teeb. Suav qhia tau hais tias hais txog 2% ntawm cov hnub ci zog - lub zog neutrinos tsim nyob rau hauv tshua ntawm thermonuclear fusion. Nws yog yuav hais tias feem ntau ntawm qhov tsaus ntuj nti teeb meem ntawm lub ntug yog ua los ntawm cov neutrinos ua thaum lub sij hawm lub Big Bang.

physics teeb meem

Cov cheeb tsam uas muaj feem rau neutrino astrophysics, thiab ntau haiv neeg thiab sai heev ua nrog. Tam sim no cov teeb meem uas nyiam ib tug loj tus naj npawb ntawm kev sim thiab theoretical kev siv zog, lub nram qab no:

• Yuav ua li cas yog qhov txawv neutrino masses?
• Yuav ua li cas yog lawv tsis muaj kev cuam tshuam cosmology, lub Big Bang?
• lawv oscillate?
• Tau ib hom ntawm neutrino puv mus rau lwm lub raws li lawv taug kev los ntawm teeb meem thiab qhov chaw?
• Yog neutrinos fundamentally sib txawv ntawm lawv cov antiparticles?
• Yuav ua li cas hnub qub cev qhuav dej mus ua ib lub supernova?
• Yuav ua li cas yog lub luag hauj lwm ntawm neutrinos nyob rau hauv cosmology?

Ib tug ntawm cov longstanding teeb meem ntawm kev txaus siab yog qhov thiaj li hu ua lub hnub ci neutrino teeb meem. Qhov no lub npe yog hais txog qhov tseeb hais tias thaum lub sij hawm ob peb lub terrestrial thwmsim ua tshaj yav dhau los 30 xyoo, pheej pom tus hais me me tshaj li tsim nyog los ua tus zog faib los ntawm lub hnub. Tau tov ib yog cov oscillation, piv txwv li. E. Lub transformation ntawm electron neutrinos rau muon los yog tau thaum lub sij hawm lub dawm mus rau lub ntiaj teb. Yog li ntawd ntau npaum li cas yooj yim los ntsuas uas tsis muaj zog muon los yog tau neutrinos, qhov no zoo ntawm transformation yuav piav yog vim li cas peb tsis pom txoj cai npaum li cas ntawm hais rau lub ntiaj teb.

Plaub Nobel nqi zog

Nobel nqi zog nyob rau hauv Physics 2015 twb muab tsub rau Takaaki Kaji thiab Arthur MacDonald rau lub Nov ntawm lub neutrino loj. Qhov no yog tus thib plaub zoo xws li cov puav pheej txuam nrog kev sim ntsuam ntawm cov hais. Ib tug neeg tej zaum yuav xav nyob rau hauv cov nqe lus nug ntawm yog vim li cas peb yuav tsum tu npaum li ntawd txog ib yam dab tsi uas nyuam qhuav nrog zoo tib yam teeb meem.

Qhov tseeb hais tias peb muaj peev xwm ntes cov ephemeral hais, yog ib tug ua tim khawv rau tib neeg ingenuity. Txij li thaum cov kev cai ntawm quantum mechanics, probabilistic, peb paub hais tias, txawm lub fact tias yuav luag tag nrho cov ntawm neutrinos kis tau los ntawm lub ntiaj teb, ib co ntawm lawv yuav nrog nws. Lub ntes muaj peev xwm sawv ntawm sufficiently loj loj yog sau npe.

Cov thawj xws ntaus ntawv ua tau nyob rau hauv lub sixties, sib sib zog nqus nyob rau hauv ib tug kuv nyob rau hauv South Dakota. Cov ncej no twb sau nyob rau hauv 400 txhiab. L tu kua. Nyob rau nruab nrab ua ib lub neutrino hnub ua num ua ke nrog ib tug atom ntawm cov tshuaj, hloov nws mus rau hauv argon. Tiam Raymond Davis, uas yog lub luag hauj lwm rau lub ntes, yees ua ib txoj kev rau lub nrhiav kom tau ntawm ntau yam argon atoms, thiab plaub xyoo lawm yav tom ntej, nyob rau hauv 2002, qhov no amazing engineering feat nws twb muab tsub lub Nobel nqi zog.

tshiab astronomy

Vim hais tias neutrinos INTERACTIONS li weakly, lawv muaj peev xwm mus deb. Lawv muab peb ib tug ib nyuag ntsia mus rau hauv lub qhov chaw uas txwv tsis pub peb yuav tsis tau pom. Neutrinos kuaj Davis, tsim raws li ib tug tshwm sim ntawm nuclear tshua uas coj qhov chaw nyob rau hauv lub plawv ntawm lub hnub, thiab muaj peev xwm nyob rau tawm no incredibly tuab thiab kub lub rooj xwb vim hais tias lawv tsis koom nrog lwm yam teeb meem. Koj muaj peev xwm txawm ntes neutrinos tawm txim liab los ntawm qhov chaw ntawm ib tug pob tawg lawm hnub qub ntawm ib tug deb ntawm ntau tshaj li ib puas txhiab lub teeb-xyoo los ntawm lub ntiaj teb.

Nyob rau hauv tas li ntawd, cov hais kom nws tau mus soj ntsuam cov ntug nyob rau hauv nws cov heev me me scale, npaum li cas me dua cov neeg nyob rau hauv uas yuav tau saib mus rau hauv lub loj Hadron Collider nyob rau hauv Geneva, sab Higgs boson. Nws yog vim li no hais tias tus Nobel Committee txiav txim siab los puav pheej cov Nobel nqi zog rau cov discovery ntawm lub neutrino ntawm lwm hom.

mysterious tsis txaus

Thaum Ray Davis cai solar neutrinos, nws pom tsuas yog ib feem peb ntawm cov kev tsim kom muaj nuj nqis. Feem ntau cov physicists ntseeg tau hais tias yog vim li cas rau qhov no yog cov neeg pluag kev txawj ntse ntawm astrophysics ntawm lub hnub: tej zaum ci subsoil qauv overestimated cov nqi nyob rau hauv nws cov neutrino. Cuaj kaum, rau ntau xyoo, txawm tom qab lub hnub ci qauv tau kev zoo dua, cov nyiaj tsawg yuav. Physicists tau them xim rau lwm tseem: qhov teeb meem yuav tsum muaj feem xyuam rau peb xaav ntawm cov hais. Raws li cov kev tshawb xav, ces prevailed lawv tsis muaj lub ceeb thawj. Tab sis ib co physicists tau sib cav hais tias nyob rau hauv qhov tseeb tus hais muaj ib qho infinitesimal loj, thiab qhov no loj yog vim li cas rau lawv tsis muaj.

Peb muag particle

Raws li cov kev tshawb xav ntawm neutrino oscillations, nyob rau hauv cov xwm, muaj peb ntau hom ntawm lawv. Yog hais tias ib tug particle muaj ib tug loj, hais tias raws li nws txav nws yuav kis los ntawm ib hom mus rau lwm lub. Peb hom - electrons, muons thiab tau - nyob rau hauv lub sis raug zoo nrog cov tshuaj yeeb dej caw yuav raug hloov dua siab tshiab rau lub sib nug xov them particle (electron thiab muon tau leptons). "Oscillation" yog vim quantum mechanics. neutrino hom yog tsis tas li. Nws hloov lub sij hawm. Neutrinos, uas pib nws lub neej raws li ib tug e-mail, yuav tig mus rau hauv ib tug muon, thiab ces rov qab. Yog li, ib tug particle, tsim nyob rau hauv cov tub ntxhais ntawm lub hnub, nyob rau hauv txoj kev mus rau lub ntiaj teb yuav tsum tseg hloov dua siab tshiab rau hauv muon neutrinos thiab vice versa. Txij li thaum Davis ntes yuav ntes xwb electron-neutrinos, uas yuav ua rau ib tug nuclear transmutation ntawm cov tshuaj nyob rau hauv argon, nws ciali tau hais tias cov uas ploj lawm neutrino muab mus rau lwm hom. (Nws hloov tawm hais tias neutrinos oscillate hauv lub hnub, thiab tsis nyob rau hauv txoj kev mus rau lub ntiaj teb).

Lub Canadian xyaum ua tej yam

Tib txoj kev los ntsuam xyuas qhov no yog los ua ib tug ntes tau hais tias ua hauj lwm rau tag nrho peb hom neutrinos. Pib los ntawm lub 90s Arthur McDonald ntawm poj huab tais tus University nyob rau hauv Ontario, nws coj pab neeg no, uas yog nqa tawm nyob rau hauv ib tug kuv nyob rau hauv Sudbury, Ontario. Installation muaj tons ntawm hnyav dej, muab ib tug cov nyiaj txais los ntawm tsoom fwv of Canada. Hnyav dej yog tsis tshua muaj, tab sis lawm tshwm sim hauv daim ntawv ntawm cov dej, nyob rau lub hydrogen muaj ib proton yog hloov los ntawm nws cev ntas isotope deuterium, uas muaj ib tug proton thiab ib tug neutron. Canadian tsoom fwv stockpiled hnyav dej, m. K. Nws yog siv raws li ib tug coolant nyob rau hauv ib tug nuclear reactor. Tag nrho peb hom neutrinos yuav ua kom puas deuterium tsim protons thiab neutrons, lub neutrons thiab ces suav. Ntes sau npe txog peb lub sij hawm tus xov tooj piv nrog Davis - raws nraim cov nyiaj uas zoo tshaj plaws kwv yees lub hnub qauv. Qhov no qhia tias lub electron-neutrinos yuav oscillate nyob rau hauv nws lwm yam.

Japanese xyaum ua tej yam

Nyob ib ncig ntawm tib lub sij hawm, Takaaki Kadzita los ntawm lub tsev kawm ntawv ntawm Tokyo ua lwm zoo kawg li xyaum ua tej yam. Ib tug ntes mounted nyob rau hauv tus ncej nyob rau hauv Nyiv kaw neutrinos los tsis yog los ntawm lub sab hauv ntawm lub hnub, thiab los ntawm cov sab sauv cua. Nyob rau hauv proton collisions ntawm cosmic rays nrog cov cua yog tsim nqais ntawm lwm tus, xws li muon neutrinos. Nyob rau hauv lub mine lawv hloov dua siab tshiab rau hydrogen nuclei nyob rau hauv muons. Ntes Kadzity yuav pom hais los nyob rau hauv ob cov lus qhia. Ib txhia poob los ntawm saum toj no, los ntawm cov cua, thaum lwm tus uas tsiv los ntawm lub hauv qab. Tus xov tooj hais yog sib txawv, uas hais txog lawv cov xwm sib txawv - lawv nyob txawv cov ntsiab lus nyob rau hauv nws cov oscillatory voj voog.

Kiv puag ncig nyob rau hauv Science

Nws yog tag nrho cov kab txawv thiab tsab, tab sis yog vim li cas neutrino oscillations thiab qhov loj nyiam heev npaum li cas xim? Yog vim li cas tsis yog yooj yim. Nyob rau hauv tus txheej txheem qauv ntawm elementary particle physics, tsim dhau tus xeem tsib caug xyoo ntawm lub thib nees nkaum xyoo pua, uas raug piav tag nrho cov lwm yam pom nyob rau hauv accelerators thiab lwm yam thwmsim, lub neutrinos yuav tsum massless. Tus foundations ntawm neutrino loj qhia tau hais tias ib yam dab tsi yog ploj lawm. Lub Standard Model yog ua tsis tiav. Nco hais tsis tau yuav tsum tau sab - nrog rau cov kev pab los ntawm lub Loj Hadron Collider los yog lwm tus, twb tsis tau tsim virtual tshuab.