Ma hạt: neutrino

Ma hạt: neutrino

Alexey Levin
Cơ học phổ biến ı3, 2010

Trong khi bạn đang đọc tiêu đề ngắn của bài viết này, cơ thể của bạn bay qua không bị cản trở 1014 neutrino.

Khoảng một trăm năm trước, các nhà vật lý bắt đầu bị quấy rầy bởi hành vi lạ thường của các electron phát ra từ hạt nhân không ổn định trong quá trình phân rã beta. Dữ liệu thực nghiệm cho thấy động năng của các hạt này thay đổi trong giới hạn khá rộng. Đồng thời, ngày càng có nhiều cơ sở để tin rằng hạt nhân đó mất năng lượng một cách kín đáo và trong cùng một phần. Nhưng trong trường hợp này, mỗi loại phân rã beta cụ thể sẽ tạo ra các electron có cùng năng lượng, nhưng điều này không xảy ra. Tương tự như vậy, so sánh các khoảnh khắc góc, mà, rõ ràng, cũng không tồn tại, trông giống nhau.

Về nguyên tắc, sự bất thường này có thể được giải thích bằng cách không tuân thủ các luật cơ bản về bảo tồn, nhưng hầu như tất cả các nhà vật lý đều coi đây là một nạn nhân quá mức. Tình hình đã được cứu bởi Wolfgang Pauli, một giáo sư ba mươi tuổi, nhưng đã nổi tiếng của vật lý lý thuyết tại Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ (ETH) ở Zurich. Như một "phương sách cuối cùng" (những lời của chính ông) về việc tiết kiệm các luật bảo tồn năng lượng vàđộng lượng góc Pauli cho rằng các hạt ánh sáng trung tính điện với một nửa spin được ẩn bên trong hạt nhân. Ông đề nghị gọi những neutron lepton giả thuyết này. Theo giả thuyết của mình, chính họ là những người mang theo chúng phần còn lại của năng lượng bị mất bởi hạt nhân, do đó trong mỗi hành động phân rã beta tổng năng lượng của hạt này và electron phải không đổi.

Pauli hiểu rằng ý tưởng của ông rất dễ bị chỉ trích. Lần đầu tiên ông báo cáo về nó trong một bức thư ngày 4 tháng 12 năm 1930, đề cập đến các chuyên gia phóng xạ tập trung ở Tübingen, nhấn mạnh rằng ông không nghĩ rằng nó có thể xuất bản giả thuyết của mình trong một tạp chí khoa học. Bản chất không chính thức của thông điệp này được thể hiện ngay cả trong sự hấp dẫn “Thưa quý vị và quý ông phóng xạ!”. Thừa nhận rằng giả định của ông trông “gần như không thể tin được”, Pauli vẫn yêu cầu các đồng nghiệp của mình suy nghĩ về cách phát hiện hạt giả định trong thí nghiệm.

Neutrino đến vật lý gần một năm trước điện tử chống Dirac và theo một cách hoàn toàn khác. Paul Dirac kết luận rằng có một electron với điện tích dương, cố gắng tìm ra một giải thích hợp lý về các giải pháp nghịch lý của phương trình của ông.Và neutrino như một giả định hoàn toàn lý thuyết được phát minh bởi một nhà vật lý vĩ đại khác mà không có bất kỳ sự chứng minh toán học chính thức nào, theo nghĩa nào đó, đơn giản là tuyệt vọng. Hình ảnh: Cơ học phổ biến

Đổi mới ngôn ngữ Pauli sớm thay đổi người nhận – họ gọi là tương tự trung tính của proton, được phát hiện vào năm 1932 bởi James Chadwick như một neutron. Nhưng bản thân ý tưởng cực kỳ hiệu quả. Năm 1933-1934, Enrico Fermi của Ý đã phát triển một lý thuyết toán học về phân rã beta với sự tham gia của một hạt do Pauli đề xuất, mà Fermi gọi là neutrino. Tuy nhiên, anh ta hoàn toàn mới để giải thích sự xuất hiện của nó. Nếu Pauli tin rằng hạt giả thuyết của ông xuất hiện trong hạt nhân như một sản phẩm hoàn chỉnh, Fermi cho rằng neutrino được sinh ra đồng thời với sự biến đổi của một trong những neutron hạt nhân thành một proton và một electron. Proton vẫn còn trong thành phần của hạt nhân con gái với số nguyên tử tăng một, và electron và neutrino bay vào không gian xung quanh. Fermi cho rằng khối lượng của neutrino bằng không (từ sau nó có tốc độ ánh sáng) và sự xuất hiện của nó không cần trung gian dưới dạng bất kỳ hạt phụ trợ nào.

Lý thuyết Fermi mô tả một loại phân rã beta khác, trong đó hạt nhân phát sinh với số nguyên tử giảm một. Cô giải thích sự phân rã này bằng cách biến đổi một proton thành một neutron, kèm theo sự phóng thích một positron và một neutrino. Một antineutrino không được đề cập một cách rõ ràng trong bài viết của anh ta, nhưng tất cả logic của nó chỉ ra sự tồn tại của nó. Vì positron là một phản hạt của electron, nên giả thiết rằng neutrino cũng có một phản hạt. Người ta tin rằng trong phân rã beta điện tử, antineutrinos phát sinh, và trong các neutrino positron (theo lý thuyết Dirac, theo đó các hạt và các phản hạt luôn được sản xuất theo cặp). Vào đầu những năm 1950, một khái niệm đã được xây dựng để phân bổ số 1 cho mỗi lepton, và số 1 đến antilepton. Trong cả hai loại phân rã beta, những con số này (chúng còn được gọi là lepton) được bảo tồn: trước hết không có lepton, và sau đó lepton và antilepton (electron và antineutrino hoặc positron và neutrino) được sinh ra, và do đó số lepton vẫn bằng 0 trước và sau phân rã .

Neutrino có sức mạnh thâm nhập phi thường. Trong cùng năm 1934, Hans Bethe và Rudolf Peierls đã tính toán rằng các neutrino có năng lượng theo thứ tự của một vài MeV tương tác với vật chất quá yếurằng chúng có thể dễ dàng vượt qua một lớp hyđrô lỏng một ngàn năm ánh sáng dày! Biết được điều này, Pauli, trong một chuyến viếng thăm công nghệ California, cho biết ông đã làm một điều khủng khiếp – ông dự đoán sự tồn tại của một hạt không thể phát hiện được!

Dự đoán bi quan của Pauli đã bị bác bỏ vào năm 1955-1956, sau khi các nhà vật lý Mỹ dưới sự hướng dẫn của Clyde Cowan và Frederick Reynes đã xác nhận thực nghiệm về sự tồn tại của neutrino (Reine nhận giải Nobel năm 1995, mà Cowen không sống).

Nguồn neutrino cho thí nghiệm của họ là một trong những lò phản ứng của phức hợp hạt nhân Sông Savannah ở bang Nam Carolina. Dòng antineutrino mạnh mẽ (10 nghìn tỷ hạt mỗi 1 cm2 mỗi giây!) được tạo ra bởi phân rã beta của hạt nhân uranium và plutonium. Theo lý thuyết của Fermi, một antineutrino tạo ra một positron và một neutron khi nó va chạm với một proton (đây là cái gọi là phân rã beta ngược). Các phép biến đổi này được ghi lại bằng cách sử dụng một container chứa các cảm biến chứa đầy dung dịch nước cadmium chloride. Hầu như tất cả các antineutrino đi qua nó mà không có trở ngại, nhưng trong một số trường hợp, chúng vẫn tương tác với hạt nhân hydrogen.Các positron thu được tiêu diệt với các electron, tạo ra một cặp lượng tử gamma với năng lượng theo thứ tự 0,5 MeV. Các nơtron sơ sinh được hấp thụ bởi hạt nhân cadmium, phát ra các tia gamma có tần số khác nhau. Việc đăng ký dài bức xạ gamma như vậy cho phép chứng minh một cách đáng tin cậy thực tế của neutrino, về việc đó, vào tháng 6 năm 1956, các nhà thực nghiệm đã thông báo cho Pauli bằng một bức điện đặc biệt.

Khi nhóm Cowan và Reines hoàn thành thí nghiệm của họ, các nhà vật lí tin rằng tất cả neutrino đều giống nhau. Tuy nhiên, vào cuối những năm 1950, các nhà lý thuyết từ Liên Xô, Hoa Kỳ và Nhật Bản đã đề xuất rằng các neutrino đi kèm với sản xuất muon khác với những electron và positron đi kèm (ý tưởng này lần đầu tiên được thể hiện một thập kỷ trước đó, nhưng sau đó quên nó) . Do đó, giả thuyết của một neutrino muon mới (tự nhiên và antineutrino) xuất hiện. Năm 1961-1962, nó đã được xác nhận tại Phòng thí nghiệm quốc gia Brookhaven, và vào năm 1988, Leon Lederman, Melvin Schwartz và Jack Steinberger đã nhận được giải Nobel về điều này. Sau đó, các nhà lý thuyết đã hiểu, và các nhà thực nghiệm đã xác minh rằng lepton tính phí thứ ba và lớn nhất, hạt tau,cũng có neutrino riêng. Vì vậy, bây giờ vật lý đang xử lý các lepton trung tính của ba loại – đó là electron, muon và tau neutrino. Mỗi cặp lepton tương ứng với một cặp quark (theo cùng thứ tự liệt kê) – u-quark và d-quark, c-quark và s-quark, t-quark và b-quark.

Đôi mắt nhạy cảm

Các đài quan sát neutrino có xu hướng ẩn sâu dưới lòng đất, dưới nước, hoặc dưới băng. Các bức tường Kilomet và mái nhà cũng loại bỏ các nhiễu khác nhau, nhưng đối với các neutrino xuyên suốt, thậm chí hàng ngàn kilômét đá không tạo ra những trở ngại đáng kể. Đài quan sát Nhật Bản Super kamiokande nằm ở độ sâu 1000 m trong một mỏ kẽm cũ Motsumi 180 km từ Tokyo. Máy dò quan sát là một “thủy tinh” bằng thép với 50.000 tấn nước siêu tinh và một bộ gần 13.000 nhân quang phổ siêu nhạy như vậy theo dõi bức xạ Cherenkov từ sự giảm tốc của muon neutrino sinh ra trong nước.

Sự tồn tại của ba loại neutrino giải thích các kết quả nghịch lý của việc xác định mật độ thông lượng của neutrino đến Trái Đất, sinh ra trong các phản ứng nhiệt hạch ở trung tâm Mặt Trời. Đầu dò neutrino mặt trời đầu tiên, Ray Davis, và các đồng nghiệp của ông đã lắp đặt một mỏ vàng ở Nam Dakota ở độ sâu một kilômét rưỡi trong nửa sau của thập niên 1960.Kết quả công việc của họ hóa ra là bất ngờ – mật độ của dòng neutrino mặt trời ít hơn gấp đôi so với giá trị tương ứng với mô hình các quá trình intrasolar (đã phát triển và được coi là khá đáng tin cậy). Theo thời gian, các đài quan sát neutrino ở Ý, Liên Xô và Nhật Bản đã xác nhận dữ liệu của người Mỹ và với mức độ thuyết phục khác nhau cho thấy mật độ thông lượng neutrino mặt trời nhỏ hơn khoảng ba lần so với số liệu được tính toán. Cần lưu ý rằng phương pháp phát hiện được sử dụng bởi nhóm Davis, dựa trên sự chuyển đổi neutrino của clo-37 thành argon-37, được đề xuất đầu tiên bởi nhà vật lý người Ý Bruno Pontecorvo, người di cư đến Liên Xô từ Fermi.

Kết quả thu được đã được cố gắng để được giải thích theo nhiều cách khác nhau, nhưng cuối cùng, lời giải thích được cung cấp hơn 40 năm trước bởi Pontecorvo và Vladimir Gribov đã chiến thắng. Theo giả thuyết của họ, các neutrino electron sinh ra ở độ sâu của mặt trời trên đường đến Trái đất thay đổi một phần bản chất của chúng và biến thành các neutrino loại muon. Các thiết bị dò tìm mà chúng tôi đang nói không đăng ký chúng (hoặc gần như không đăng ký), do đó kết quả hóa ra không được đánh giá thấp.Khi nó bật ra rằng có ba neutrino khác nhau, nó trở nên rõ ràng lý do tại sao các thông số đo được hóa ra là ba lần ít hơn dự kiến.

Thử nghiệm Minos (Main Injector Neutrino Oscillation tìm kiếm) được thiết kế để quan sát dao động neutrino. Theo sự khác biệt về số lượng neutrino muon đã đăng ký từ hai máy dò (một trong Fermilabthứ hai, 720 km từ nó, ở Minnesota), nó sẽ có thể kết luận rằng có những dao động. Hình ảnh: Cơ học phổ biến

Bản chất phức tạp của neutrino được chứng minh một cách đáng tin cậy nhất bởi các nhân viên của đài thiên văn neutrino Canada.Đài quan sát neutrino Sudbury). Chúng phục vụ như một máy dò được lắp đặt trong hầm mỏ hiện tại (ở độ sâu 2 km) được làm bằng plexiglass, chứa đầy hàng ngàn tấn nước nặng. Kính viễn vọng neutrino này được phát hiện bởi hai phương pháp khác nhau – một phương pháp chỉ đăng ký các neutrino electron, cái kia – bất kỳ cái nào. Vào mùa xuân năm 2002, các nhà thực nghiệm đã thông báo rằng chỉ số thứ hai là ba lần đầu tiên. Điều này có nghĩa là số lượng neutrino electron yêu cầu được sinh ra trên Mặt Trời, nhưng trên đường đến Trái đất, một phần ba trong số chúng biến thành muon và một phần ba khác thành neutrino tau (quá trình này được gọi là dao động neutrino).

Sự hiện diện của dao động thực sự là cơ bản.Chúng chỉ có thể xảy ra nếu các neutrino trong tất cả các dạng của chúng có khối lượng khác không. Giá trị của nó vẫn chưa được đo chính xác; rất có thể, nó là một phần của một electron-volt, ít nhất là một triệu lần so với khối lượng của một electron. Tuy nhiên, thực tế là nó tồn tại cho phép chúng ta giải thích sự không đối xứng giữa vật chất và phản vật chất.

Nguồn gốc mặt đất

Dao động được tìm kiếm không chỉ trong các dòng neutrino của nguồn gốc ngoài trái đất, mà còn trong các chùm neutrino tạo ra nhân tạo. Thử nghiệm như vậy Thí nghiệm neutrino tăng cường (boone)đến năm 2002 Fermilabnơi mà các neutrino thu được bằng cách sử dụng một máy gia tốc proton 8 GeV. Neutrino được tạo ra bởi các xung với thời lượng 1,5 ms năm lần mỗi giây. Tia được gửi đến máy dò – một bể hình cầu với dầu khoáng siêu tinh khiết chứa 1520 các photomultipliers điện tử siêu nhạy, đánh dấu tương tác của neutrino với vật chất bằng một dấu vết đặc trưng – hình nón của bức xạ Cherenkov. Các sự kiện như vậy xảy ra khoảng một lần mỗi 20 giây (1 triệu sự kiện mỗi năm). Phân tích vị trí của các photomultipliers mà ánh sáng rơi, các nhà vật lí có thể xác định hạt kết quả – lepton (electron, muon hoặc tau), và do đó là loại neutrino tạo ra nó.So sánh số lượng neutrino ban đầu cùng loại với số còn lại sau khi đi qua một con đường nhất định, chúng ta có thể rút ra kết luận về sự hiện diện hay vắng mặt của dao động neutrino.

Nhẫn ánh sáng
Ánh sáng mà các nhân quang điện tử nhạy cảm có thể thấy là bức xạ Cherenkov. Nó được tạo ra bởi sự giảm tốc của các hạt phát sinh từ sự tương tác của neutrino với vật chất trong một bể hình cầu với đường kính 12 m, chứa đầy 800 tấn dầu. Hình ảnh: Cơ học phổ biến

Câu chuyện về neutrino vũ trụ sẽ trở nên không đầy đủ, nếu không kể rằng, ngoài các neutrino năng lượng cao sinh ra trong nội thất của các ngôi sao và trong vụ nổ siêu tân tinh, có những neutrino năng lượng rất thấp trong không gian còn lại từ Vụ Nổ Lớn. Mật độ tính toán của các hạt di tích này trùng với mật độ của các photon di tích, nhưng vẫn không thể phát hiện chúng (không có thiết bị).

Vào năm 1937, nhà vật lý lý thuyết người Ý Ettore Majoran đã xuất bản bài báo "Lý thuyết đối xứng của điện tử và Positron". Theo lý thuyết của ông, các hạt và phản hạt trung hòa điện hoàn toàn giống nhau và do đó không thể phân biệt được với nhau.Neutrino với các tính chất này đóng một vai trò quan trọng trong lý thuyết giải thích sự không đối xứng vũ trụ giữa vật chất và phản vật chất.

“Nếu một neutrino có khối lượng bằng không, câu hỏi liệu nó có khác với phản hạt của nó hay trùng với nó không có ý nghĩa. Nhưng sự hiện diện của khối lượng có nghĩa là cả hai lựa chọn đều có thể. Trong trường hợp đầu tiên, neutrino được gọi là Dirac, trong lần thứ hai – Majorana. Và nó vẫn chưa được biết thiên nhiên đã xử lý nó như thế nào, ”Giáo sư Vật lý lý thuyết tại Đại học Northwestern Andre de Guvea nói với Popular Mechanics. – Cho đến nay, các thí nghiệm đã chỉ ra rằng số lepton được bảo quản nghiêm ngặt trong tất cả các phản ứng hạt nhân. Nếu neutrino là một hạt Dirac, luật này không bao giờ bị vi phạm chút nào. Nhưng đối với các neutrino Majorana, nó chỉ có thể quan sát được và do đó, cho phép vi phạm. Các nhà thử nghiệm thậm chí còn biết tìm chúng ở đâu. Có một quá trình hạt nhân như vậy, phân rã beta kép: hai neutron biến thành các proton cùng một lúc, phát ra một cặp electron và một cặp antineutrino. Những biến đổi này xảy ra rất hiếm khi, nhưng vẫn xảy ra.Bây giờ có nhiều nơi mà họ đang cố gắng phát hiện sự phân rã beta neutrinoless kép – hạt nhân nhảy hai vị trí sang phải trên bảng tuần hoàn với sự phát xạ của các electron duy nhất. Và nếu nó được tìm thấy, người ta sẽ phải đồng ý rằng số lepton có thể không được bảo tồn và rằng neutrino nên được coi là một hạt Majorana. ”

Câu cá trên băng
Các nhà khoa học đã đặt một dây cáp với các bộ tách sóng quang nhạy cảm gắn vào nó trong một lỗ sâu khoảng 2 km trong lớp vỏ băng của Nam Cực, tạo thành kính thiên văn neutrino AMANDA (Antarctic Muon và Neutrino Detector Array). Quả địa cầu phục vụ như một bộ lọc bảo vệ cho kính viễn vọng này, ghi lại neutrino từ độ sâu của không gian. Hình ảnh: Cơ học phổ biến

Trong tất cả các thí nghiệm, neutrino được quan sát thấy trong đó spin quay ngược với động lượng – các hạt như vậy được gọi là các hạt thuận tay trái. Trong antineutrinos, spin quay theo cùng hướng với xung – đây là các hạt thuận tay phải. Nhưng nếu một neutrino tuân theo phương trình Majoran, nó có thể biểu hiện trong các tương tác yếu và là một hạt có định hướng đúng. Đúng, trong thí nghiệm, các giống neutrino tương tự không được tìm thấy, nhưng điều này không gây tử vong.Có thể giả định rằng do khối lượng khổng lồ của đơn đặt hàng là 1014-1016 GeV chúng được sinh ra chỉ trong thành phần của vật chất siêu nóng, tồn tại trong những khoảnh khắc đầu tiên sau khi lạm phát vũ trụ. Là cực kỳ không ổn định, họ gần như ngay lập tức tan rã và, do sự làm mát tiến bộ của vũ trụ, không còn phát sinh.

Và đây là nơi vui chơi bắt đầu. Siêu tân tinh Majorana neutrino, hoặc đơn giản là thị trưởng, được biến đổi thành boson Higgs và lepton. Vì các số lepton không được bảo tồn trong những phân rã này, chúng có thể tạo ra nhiều electron hơn positron. Tương tự, số lượng neutrino ánh sáng sơ sinh không phải trùng với số lượng antineutrino. Kết quả là, một số lepton khác không xuất hiện trong Vũ trụ, mà sau khi sự tan rã hoàn toàn của tất cả kinh giới, vẫn không thay đổi. Quá trình này được gọi là leptogenesis.

Phá hủy lớn

Theo các lý thuyết vũ trụ được chấp nhận chung, sau khi rời khỏi giai đoạn giãn nở lạm phát, vũ trụ (tuổi của nó sau đó là 10-34 c) chứa chính xác cùng một lượng vật chất và chất phản vật chất. Sau đó, có những quá trình giải phóng hoàn toàn cô khỏi phản vật chất, nhưng vẫn giữ lại một số vấn đề.Do đó, một số proton, neutron và electron được hình thành, sau này trở thành nguyên liệu thô để sản xuất tất cả các nguyên tử của thế giới chúng ta.

Hiện tại cứ 5 m một lần3 không gian bên ngoài chiếm trung bình một tỷ lượng tử của bức xạ điện từ di truyền, một electron và một proton, bao gồm ba quark. Số lượng neutron là ít hơn, và chúng không được tìm thấy ở trạng thái tự do. Nhưng positrons, phản proton và antineutron, mặc dù ở một số nơi, được sinh ra, nhưng trong một số nhỏ như vậy mà chúng có thể bị bỏ quên trên một quy mô vũ trụ học. Nhưng đây không phải lúc nào cũng vậy. Khi tuổi của vũ trụ tiếp cận một phần triệu của một giây, cho mỗi tỷ lượng tử có khoảng 3 tỷ antiquarks và 3 tỷ và 3 quark. Họ đi vào sự hủy diệt, mà “ăn” tất cả các phản vật chất, nhưng để lại một phần nhỏ các quark không tìm thấy những người chống đối sống sót. Các quark còn sống sót kết hợp thành proton và neutron, không mất quá bốn hay năm micro giây. Khi tuổi của vũ trụ đạt đến một giây, các positron, bị mất cân bằng không đáng kể với các electron, đã bị tiêu diệt và biến mất.Và đây là cách vũ trụ xuất hiện, trong đó mật độ phản vật chất thực tế không khác 0.

Nhưng nếu lúc đầu không có sự mất cân đối về hạt và phản hạt, thì nó phát sinh như thế nào? Các nhà vật lí và vũ trụ học đã tranh cãi về điều này trong nhiều thập kỷ, nhưng vẫn chưa đạt được một ý kiến ​​chung. Tuy nhiên, trong những năm gần đây, một giả thuyết đã được đề xuất có vẻ thuyết phục hơn các mô hình cạnh tranh. Để giải thích, nó thu hút các phép biến đổi lượng tử liên quan đến các neutrino năng lượng rất cao.

Đây không phải là kết thúc của câu chuyện. Sự tương tác giữa các lepton của năng lượng cực cao còn lại sau khi phân rã của Majorana có thể dẫn đến sự xuất hiện của các quark và phản vật chất mà trước đây đơn giản là không tồn tại. Đây là sự tạo thành baryogen – sự xuất hiện của baryon, các hạt liên quan đến các tương tác mạnh. Có những kịch bản chính đáng trong đó sự mất cân bằng của lepton và chống mù chuyển thành một lượng lớn các quark trên các phản vật chất, baryon đối với các baryon chống. Và rồi sự hủy diệt lớn xảy ra với mọi hậu quả của nó. Bây giờ baryogenesis thông qua leptogenesis là giải thích phổ biến nhất của sự thiếu hụt antimatter trong vũ trụ của chúng tôi.

"Tất nhiên, đây chỉ là một lý thuyết," giáo sư de Guvea giải thích. – Chúng tôi thậm chí không biết liệu có thể xem xét neutrino là hạt Majorana hay không. Nếu giả thuyết này được xác nhận bằng thực nghiệm, thì vị trí của mô hình của leptogenesis sẽ tăng cường đáng kể. ”

Hiện nay, mô hình với sự tham gia của Majorana neutrino giải thích tốt nhất bí ẩn về ưu thế tuyệt đối của vật chất trên phản vật chất trong vũ trụ của chúng ta, cựu chủ tịch của Hội vật lý Mỹ, nhà vật lý lý thuyết Helen Quigg thuộc Đại học Stanford. Cô lưu ý rằng sự ra đời của neutrino trong sự phân rã của kinh giới cho phép chúng ta giải thích khối lượng không đáng kể của chúng – một lý thuyết rất đẹp, cái gọi là cơ chế nhìn thấy, được phát minh cho điều này. Tuy nhiên, Tiến sĩ Quigg nhấn mạnh rằng ý tưởng này không thể được xác minh bằng thử nghiệm trong tương lai gần. Theo cô, thậm chí có thể mô hình này sẽ vẫn là một giả thuyết tuyệt đẹp.

Kết nối sâu

Nỗ lực khai thác một hạt khó nắm bắt (hoặc gần như khó nắm bắt) – neutrino – bắt đầu ngay sau khi phát hiện thử nghiệm. Cơ hội này được thảo luận và các nhà văn khoa học viễn tưởng, và các nhà khoa học.

Để truyền tải thông tin trên tàu ngầm ở vị trí ngập nước, các dải VLF được sử dụng.(tần số rất thấp, đơn vị kHz, gần bề mặt, lên tới 50 bit / s) và ELF (tần số cực thấp, hàng chục Hz, ở độ sâu 1 bit mỗi phút). Theo Patrick Huber thuộc Học viện Bách khoa Virginia (Virginia công nghệ), việc sử dụng neutrino sẽ cho phép tăng tốc độ truyền thông tin lên đến 1-100 bit / s ngay cả ở độ sâu lớn. Để nhận thông tin, bạn sẽ cần trang bị cho tàu ngầm với máy dò muon hoặc máy dò ảnh siêu nhạy.

Lần đầu tiên, khả năng truyền thông tin sử dụng neutrino được thể hiện vào năm 1967 bởi nhà vật lý Méchislav Subotovich trong tạp chí khoa học Ba Lan. Postepy Techniki Jadrowej ("Các bước của kỹ thuật hạt nhân"). Cùng năm đó, cuốn tiểu thuyết "The Voice of the Sky" của Stanislav Lem được phát hành, dựa trên khả năng kết nối neutrino.

Một nhóm các nhà nghiên cứu từ Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Hải quân, xuất bản năm 1977 trên tạp chí Khoa học Bài báo "Giao tiếp sử dụng tia neutrino" (Viễn thông với chùm neutrino), theo đuổi nhiều mục tiêu trần tục hơn. Cụ thể hơn, dưới nước, đặc biệt – để cung cấp thông tin liên lạc với các tàu ngầm hạt nhân về nhiệm vụ chiến đấu. Đúng, mức độ công nghệ của thời gian không cho phép thực hiện một hệ thống như vậy trong thực tế.Nhưng kể từ đó, ý tưởng này đã thường xuyên xuất hiện trên các trang của các tạp chí khoa học, mặc dù khả năng của các vòng lưu trữ muon hiện đại để tạo ra các chùm neutrino vẫn không đủ để giao tiếp tự tin. Có thể là trong tương lai theo cách này nó sẽ có thể đạt được tốc độ truyền tải thông tin từ 1 đến 100 bit mỗi giây.

Trong những năm gần đây, nhiều dự án kỳ lạ hơn đã được thảo luận. Ví dụ, với một chùm neutrino tập trung, chiếu xuyên qua độ dày của Trái đất để tìm kiếm các hầm chứa vũ khí hạt nhân (và thậm chí hủy kích hoạt dự trữ của nó). Người ta nói rằng để thực hiện nhiệm vụ đầu tiên, các chùm tia với năng lượng của các hạt 10 TeV sẽ được yêu cầu, cho phép thứ hai, khoảng 1 PeV (1015 eV). Có đáng nói là cả việc tiếp nhận và nhắm mục tiêu các chùm tia như vậy vẫn vượt xa các công nghệ hiện đại?

Nhà vật lý lý thuyết từ Fermilab Stephen Park, theo yêu cầu của Thủ tướng, đã nói về một số công nghệ neutrino rất tuyệt vời: “Nếu chúng ta muốn kết nối với các nền văn minh ở phía bên kia của Galaxy, thì chỉ có các chùm neutrino mới có thể cung cấp cơ hội này. Có những ứng dụng trên Trái Đất: với sự giúp đỡ của một chiếc điện thoại neutrino, có thể truyền tin nhắn từ Mỹ và Châu Âu đến Trung Quốc,Nhật Bản và Úc nhanh hơn 15-20 mili giây so với các kênh thông thường, trực tiếp thông qua độ dày của Trái Đất, chứ không phải thông qua cáp hoặc truyền thông vệ tinh. Các nhà môi giới tài chính, nếu họ có kết nối như vậy, họ có thể kiếm được nhiều tiền! ”

Mặc dù gần đây dường như không thể tin được rằng neutrino có thể tìm thấy ứng dụng thực tế, bây giờ ý tưởng này không còn trông tuyệt vời như vậy nữa. Vào cuối thế kỷ hai mươi, các máy dò đã xuất hiện thước đo đó, với độ chính xác lên đến 1,5%, mật độ của các dòng neutrino mạnh mẽ với các năng lượng hạt theo thứ tự của một số MeV. Các lõi của các nguyên tố nhiên liệu thường được làm từ hỗn hợp của urani-235 và urani-238, phát ra neutron và antineutrino trong các phản ứng phân hạch chuỗi. Hạt nhân của urani-238 hấp thụ neutron và biến thành hạt nhân plutoni-239, do đó nó cũng đi vào phản ứng dây chuyền và một lần nữa trở thành nguồn của antineutrinos. Vì cường độ sản xuất antineutrino bởi các đồng vị khác nhau không giống nhau, nên tốc độ tạo ra các hạt này thay đổi theo thời gian. Việc theo dõi liên tục mật độ thông lượng neutrino giúp có thể đánh giá phương thức hoạt động của lò phản ứng và nồng độ các đồng vị khác nhau trong lõi hoạt động của nó.

Một trong những công trình có thể có của "Nhà máy Neutrino" (Nhà máy Neutrino) – một loạt các máy gia tốc, gia tốc proton thành năng lượng của thứ tự của một số GeV và hướng chúng đến một mục tiêu thủy ngân để có được pion, sau đó chia thành muon. Chúng được gia tốc với sự giúp đỡ của một máy gia tốc khác lên tới năng lượng của hàng chục GeV và được gửi đến các vòng lưu trữ, nơi thu được các chùm neutrino thu được trong quá trình phân rã muon. Hình ảnh: Cơ học phổ biến

Các nhà vật lý từ Phòng thí nghiệm quốc gia Livermore và Phòng thí nghiệm Sandia đã phát triển ba nguyên mẫu của máy dò antineutrino nhỏ gọn. Họ đã được thử nghiệm tại nhà máy điện hạt nhân ở Nam California. Trạm tạo hạt nhân San Onofre (BÀI HÁT). Các quầy này ghi lại phản ứng phân rã beta ngược lại, lần đầu tiên nhóm Cowan và Reynes xác nhận thực nghiệm xác nhận giả thuyết Pauli.

Máy dò SONGS1 đầu tiên có hiệu lực vào cuối năm 2003. Nó chứa đầy một chất có nồng độ hydro cao, trong đó gadolinium được thêm vào, có vai trò tương tự như cadmium trong thí nghiệm của Cowan và Reynes. Các positron sinh ra bởi phân rã beta đảo ngược tiêu diệt với các electron, và gadolinium hấp thụ các neutron liên quan. Những phản ứng này kéo theo một cặp tia gamma.Những nhấp nháy này được tạo ra trong khoảng thời gian 30 micro giây và được ghi lại bằng cách sử dụng các bộ nhân quang. Trong số 1017 antineutrinos, mà xuyên qua máy dò hàng ngày, chỉ có 4000 va chạm với các proton chất lỏng scintillating, và chỉ có 400 người trong số họ để lại “chữ kí” đáng tin cậy. Các máy dò SONGS2 và SONGS3 được cài đặt trong năm 2007 cũng chứa gadolinium, tuy nhiên trong máy đầu tiên một máy quét polyme rắn hoạt động, và trong nước thứ hai được sử dụng như vậy. Vào mùa hè năm 2008, các máy dò đã được tháo dỡ, và các nhà khoa học đã thiết lập về phân tích các kết quả thu được. Hiện tại, những người sáng tạo các cơ sở này, cùng với các nhân viên của Đại học Chicago, đang phát triển các bộ đếm neutrino thế hệ tiếp theo trên argon và germanium. Hai máy dò như vậy dự kiến ​​sẽ được lắp đặt trong năm nay.


Like this post? Please share to your friends:
Trả lời

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: