www.wikidata.uk-ua.nina.az

Проблема сонячних нейтрино Сюди перенаправляється запит Сонячні нейтрино На цю тему потрібна окрема стаття Проблема соня

Проблема сонячних нейтрино

Сюди перенаправляється запит «Сонячні нейтрино». На цю тему потрібна окрема стаття.

Проблема сонячного нейтрино являє собою велику різницю між потоком сонячних нейтрино вирахуваним з Сонячної світності та тим, що був виміряний безпосередньо. Вперше розбіжності були помічені в середині 1960-х років й остаточно усунуті приблизно в 2002 році.

Потік нейтрино на Землі становить кілька десятків мільярдів на квадратний сантиметр в секунду та йде переважно з ядра Сонця. Проте частинки важко виявити, оскільки вони дуже слабо взаємодіють з речовиною, проходячи всю Землю, як світло проходить через тонкий шар повітря. З трьох типів (ароматів) нейтрино відомих у Стандартній моделі фізики частинок Сонце виробляє лише електронні нейтрино. Коли детектори нейтрино стали досить чутливими для вимірювання потоку електронних нейтрино від Сонця, кількість частинок виявилася набагато нижчою, ніж передбачалося. У різних експериментах дефіцит чисельності становив від половини до двох третин.

Фізики елементарних частинок знали, що механізм, запропонований ще в 1957 році Бруно Понтекорво, може пояснити дефіцит електронних нейтрино. Однак вони не поспішали прийняти його з різних причин, включаючи той факт, що він вимагав модифікації прийнятої Стандартної моделі. Спочатку вони розглядали сонячну модель для регулювання, яку виключили. Сьогодні визнано, що нейтрино, які виробляються на Сонці, не є безмасовими частинками як говорить Стандартна модель, а скоріше змішаними квантовими станами, що складаються з власних станів з визначеною масою в різних (комплексних) пропорціях. Це дозволяє нейтрино, народженому як електронне, змінюватися під час осциляції в суміш електронних, мюонних та тау-нейтрино, з меншою ймовірністю виявлення детектором, чутливим лише до електронних нейтрино.

Кілька нейтринних детекторів, налаштовані на різні аромати, енергії та пройдену відстань, дали нам сучасні знання про нейтрино. У 2002 та 2015 рр. загалом чотири дослідники, що працювали з деякими з цих детекторів, були удостоєні Нобелівської премії з фізики.

Передумови Редагувати

У Сонці відбувається ядерний синтез у вигляді протон-протонного ланцюжку, що перетворює чотири протони в альфа-частинки, нейтрино, позитрони та енергію. Ця енергія виділяється у вигляді електромагнітного випромінювання гамма-променів, а також у вигляді кінетичної енергії заряджених частинок і нейтрино. Нейтрино рухаються від ядра Сонця до Землі без помітного поглинання зовнішніми шарами Сонця.

Наприкінці 1960-х років Рей Дейвіс та Джона Н. Бахкалла в Експерименті на Homestake[en] першими виміряли потік нейтрино від Сонця та виявили його дефіцит. В експерименті використовували детектор на основі хлору. Багато подальших радіохімічних і водних черенковських детекторів підтвердили дефіцит, зокрема обсерваторія Каміока та обсерваторія Нейтрино Садбері .

Очікувана кількість сонячних нейтрино була розрахована за допомогою стандартної сонячної моделі, яку Бахкол допоміг сформувати. Модель дає детальний опис внутрішніх процесів в Сонці.

У 2002 році Рей Девіс і Масатоші Кошиба виграли частину Нобелівської премії з фізики за експериментальну роботу, яка виявила, що кількість сонячних нейтрино становить приблизно третину від кількості, передбаченої стандартною сонячною моделлю.

Підтвердивши докази надані в експериментах 1998 р. "Для нейтринних коливань", Такаакі Кайіта з обсерваторії Супер-Каміоканде та Артур Макдональд з нейтринної обсерваторії Садбері (SNO) були нагороджені Нобелівською премією з фізики 2015 року. Однак Нобелівський комітет з фізики помилився, описавши осциляції нейтрино в експерименті SNO як високоенергетичні сонячні нейтрино. Насправді там спостерігались не нейтринні коливання, а ефект Міхеєва – Смірнова – Вольфенштейна. Бруно Понтекорво не отримав Нобелівські премії, оскільки він помер у 1993 році.

Запропоновані пояснення Редагувати

У перших спробах пояснити розбіжності припускали, що моделі Сонця були помилковими, тобто температура та тиск у внутрішній частині Сонця істотно відрізнялися від відомого. Наприклад, через те що нейтрино вимірюють величину поточного ядерного синтезу, було припущено, що ядерні процеси в ядрі Сонця могли тимчасово зупинитися. Оскільки для переміщення теплової енергії від ядра до поверхні Сонця потрібні тисячі років, це не може бути одразу зафіксовано.

Досягнення геліосейсмологічних спостережень дозволили зробити висновок про внутрішню температуру Сонця; ці результати узгоджуються з добре встановленою стандартною сонячною моделлю. Детальні спостереження за нейтринним спектром з більш досконалих нейтринних обсерваторій дали результати, які не могло пояснити жодне коригування сонячної моделі: тоді як загальний менший потік нейтрино (який виявили результати експерименту Homestake) вимагав нижчої температури сонячного ядра, енергетичний спектр нейтрино вимагав вищої температури ядра. Так вийшло тому, що різні ядерні реакції, швидкості яких різняться залежно від температури, виробляють нейтрино з різною енергією. Будь-яке пристосування до сонячної моделі погіршувало принаймні один аспект розбіжностей.

Вирішення Редагувати

Проблема сонячного нейтрино була вирішена шляхом покращення знань про саме нейтрино. Відповідно до Стандартної моделі фізики частинок існує три різновиди нейтрино: електронні нейтрино, мюонні нейтрино і тау-нейтрино . Електронні нейтрино - це ті, що виробляються на Сонці, і ті, що виявляються в згаданих вище експериментах, зокрема в експерименті з хлор-детектором в Homestake Mine.

У 1970-х рр. широко поширеною була думка, що нейтрино безмасові, а їх аромати незмінні. Однак у 1968 році Понтекорво запропонував, що якщо нейтрино мають масу, то вони можуть переходити від одного аромату до іншого. Таким чином, "загублені" сонячні нейтрино можуть бути електронними нейтрино, що на шляху до Землі змінили аромати, стаючи невидимими для детекторів у шахті Homestake та сучасних обсерваторіях нейтрино.

Наднова 1987A демонструє, що нейтрино може мати масу, через різницю в часі приходу нейтрино виявленого в Kamiokande і IMB. Однак, оскільки зафіксовано дуже мало нейтринно, було важко зробити якісь висновки з певністю. Якби Каміоканде та ІМБ мали високоточні таймери для вимірювання часу пробігу нейтрино, що прорвався через Землю, вони могли б більш точно визначити, чи мають нейтрино масу чи ні. Якби нейтрино були безмасовими, вони б рухались зі швидкістю світла; якби вони мали масу, вони б рухались зі швидкістю трохи меншою, ніж швидкість світла. Оскільки детектори не призначені для виявлення нейтриної наднової, цього зробити не вдалося.

Вагомі докази осциляцій нейтрино були отримані в 1998 році завдяки співпраці Супер-Каміоканде в Японії. Японські спостереження показали, що мюонні нейтрино (які виробляються у верхніх шарах атмосфери космічними променями) змінюються на нейтрино-тау в межах Землі: в низьких шарах атмосфери було виявлено нейтрино, що проходить з Землі, а не приходить зверху в детектор з неба. Ці спостереження стосувались лише мюонних нейтрино. У Супер-Каміоканде не спостерігалось нейтрино-тау. Результат, однак, зробив більш правдоподібним, що дефіцит нейтрино з ароматом електрону, який спостерігався в експерименті (порівняно низькоенергетичному) Homestake, також пов'язаний з масою нейтрино.

Через рік нейтринної обсерваторії в Садбері (SNO) розпочала збір даних. Цей експеримент був спрямований на 8B сонячні нейтрино, які мають енергію в приблизно 10 МеВ і не сильно впливають на коливання на Сонці і Землі. Тим не менше, очікується великий дефіцит через ефект Міхеєва – Смірнова – Вольфенштейна, який був підрахований Олексієм Смирновим у 1985 році. Унікальний дизайн SNO, що використовує велику кількість важкої води в якості середовища виявлення, був запропонований Herb Chen, також у 1985 р. SNO спостерігав електронні нейтрино, зокрема, і всі аромати нейтрино разом. Після детального статистичного аналізу колаборація SNO встановила, що частка становить приблизно 34% і повністю узгоджується з прогнозом. Загальна кількість виявлених 8В нейтрино також узгоджується з грубими прогнозами сонячної моделі на той час.

Джерела Редагувати

  1. The Nobel Prize in Physics 2002. Процитовано 16 лютого 2020. 
  2. The Nobel Prize in Physics 2015. Процитовано 16 лютого 2020. 
  3. Webb, Jonathan (6 жовтня 2015). Neutrino 'flip' wins physics Nobel Prize. BBC News. Процитовано 6 жовтня 2015. 
  4. Adrian Cho: "Did the Nobel committee get the physics wrong?" Science, December 14, 2016, doi:10.1126/science.aal0508.
  5. Haxton, W.C. Annual Review of Astronomy and Astrophysics, vol 33, pp. 459–504, 1995.
  6. Gribov, V. (1969). Neutrino astronomy and lepton charge. Physics Letters B 28 (7): 493–496. Bibcode:1969PhLB...28..493G. doi:10.1016/0370-2693(69)90525-5. 
  7. W. David Arnett; Jonathan L. Rosner (1987). Neutrino mass limits from SN1987A. Physical Review Letters 58 (18): 1906–1909. Bibcode:1987PhRvL..58.1906A. PMID 10034569. doi:10.1103/PhysRevLett.58.1906. 
  8. Edward Kearns, Takaaki Kajita, and Yoji Totsuka: "Detecting Massive Neutrinos". Scientific American, August 1999.
  9. H.H. Chen, "Direct Approach to Resolve the Solar Neutrino Problem," Physical Review Letters 55, 1985, doi:10.1103/PhysRevLett.55.1534.
  10. Q.R. Ahmad, et al., "Measurement of the Rate of Interactions νe + d → p + p + e− Produced by 8B Solar Neutrinos at the Sudbury Neutrino Observatory," Physical Review Letters 87, 2001, doi:10.1103/PhysRevLett.87.071301.
  11. A. Bellerive et al. (SNO Collaboration): “The Sudbury Neutrino Observatory.” Nucl. Phys. B 908, 2016, arXiv:1602.02469.
  12. Suzuki, Yoichiro (2000). Solar Neutrinos. International Journal of Modern Physics A 15: 201–228. Bibcode:2000IJMPA..15S.201S. doi:10.1142/S0217751X00005164. 

Посилання Редагувати

Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри
Дата публікації:
Syudi perenapravlyayetsya zapit Sonyachni nejtrino Na cyu temu potribna okrema stattya Problema sonyachnogo nejtrino yavlyaye soboyu veliku riznicyu mizh potokom sonyachnih nejtrino virahuvanim z Sonyachnoyi svitnosti ta tim sho buv vimiryanij bezposeredno Vpershe rozbizhnosti buli pomicheni v seredini 1960 h rokiv j ostatochno usunuti priblizno v 2002 roci Potik nejtrino na Zemli stanovit kilka desyatkiv milyardiv na kvadratnij santimetr v sekundu ta jde perevazhno z yadra Soncya Prote chastinki vazhko viyaviti oskilki voni duzhe slabo vzayemodiyut z rechovinoyu prohodyachi vsyu Zemlyu yak svitlo prohodit cherez tonkij shar povitrya Z troh tipiv aromativ nejtrino vidomih u Standartnij modeli fiziki chastinok Sonce viroblyaye lishe elektronni nejtrino Koli detektori nejtrino stali dosit chutlivimi dlya vimiryuvannya potoku elektronnih nejtrino vid Soncya kilkist chastinok viyavilasya nabagato nizhchoyu nizh peredbachalosya U riznih eksperimentah deficit chiselnosti stanoviv vid polovini do dvoh tretin Fiziki elementarnih chastinok znali sho mehanizm zaproponovanij she v 1957 roci Bruno Pontekorvo mozhe poyasniti deficit elektronnih nejtrino Odnak voni ne pospishali prijnyati jogo z riznih prichin vklyuchayuchi toj fakt sho vin vimagav modifikaciyi prijnyatoyi Standartnoyi modeli Spochatku voni rozglyadali sonyachnu model dlya regulyuvannya yaku viklyuchili Sogodni viznano sho nejtrino yaki viroblyayutsya na Sonci ne ye bezmasovimi chastinkami yak govorit Standartna model a skorishe zmishanimi kvantovimi stanami sho skladayutsya z vlasnih staniv z viznachenoyu masoyu v riznih kompleksnih proporciyah Ce dozvolyaye nejtrino narodzhenomu yak elektronne zminyuvatisya pid chas oscilyaciyi v sumish elektronnih myuonnih ta tau nejtrino z menshoyu jmovirnistyu viyavlennya detektorom chutlivim lishe do elektronnih nejtrino Kilka nejtrinnih detektoriv nalashtovani na rizni aromati energiyi ta projdenu vidstan dali nam suchasni znannya pro nejtrino U 2002 ta 2015 rr zagalom chotiri doslidniki sho pracyuvali z deyakimi z cih detektoriv buli udostoyeni Nobelivskoyi premiyi z fiziki Zmist 1 Peredumovi 2 Zaproponovani poyasnennya 3 Virishennya 4 Dzherela 5 PosilannyaPeredumovi RedaguvatiU Sonci vidbuvayetsya yadernij sintez u viglyadi proton protonnogo lancyuzhku sho peretvoryuye chotiri protoni v alfa chastinki nejtrino pozitroni ta energiyu Cya energiya vidilyayetsya u viglyadi elektromagnitnogo viprominyuvannya gamma promeniv a takozh u viglyadi kinetichnoyi energiyi zaryadzhenih chastinok i nejtrino Nejtrino ruhayutsya vid yadra Soncya do Zemli bez pomitnogo poglinannya zovnishnimi sharami Soncya Naprikinci 1960 h rokiv Rej Dejvis ta Dzhona N Bahkalla v Eksperimenti na Homestake en pershimi vimiryali potik nejtrino vid Soncya ta viyavili jogo deficit V eksperimenti vikoristovuvali detektor na osnovi hloru Bagato podalshih radiohimichnih i vodnih cherenkovskih detektoriv pidtverdili deficit zokrema observatoriya Kamioka ta observatoriya Nejtrino Sadberi Ochikuvana kilkist sonyachnih nejtrino bula rozrahovana za dopomogoyu standartnoyi sonyachnoyi modeli yaku Bahkol dopomig sformuvati Model daye detalnij opis vnutrishnih procesiv v Sonci U 2002 roci Rej Devis i Masatoshi Koshiba vigrali chastinu Nobelivskoyi premiyi z fiziki za eksperimentalnu robotu yaka viyavila sho kilkist sonyachnih nejtrino stanovit priblizno tretinu vid kilkosti peredbachenoyi standartnoyu sonyachnoyu modellyu 1 Pidtverdivshi dokazi nadani v eksperimentah 1998 r Dlya nejtrinnih kolivan Takaaki Kajita z observatoriyi Super Kamiokande ta Artur Makdonald z nejtrinnoyi observatoriyi Sadberi SNO buli nagorodzheni Nobelivskoyu premiyeyu z fiziki 2015 roku 2 3 Odnak Nobelivskij komitet z fiziki pomilivsya opisavshi oscilyaciyi nejtrino v eksperimenti SNO yak visokoenergetichni sonyachni nejtrino Naspravdi tam sposterigalis ne nejtrinni kolivannya a efekt Miheyeva Smirnova Volfenshtejna 4 Bruno Pontekorvo ne otrimav Nobelivski premiyi oskilki vin pomer u 1993 roci Zaproponovani poyasnennya RedaguvatiU pershih sprobah poyasniti rozbizhnosti pripuskali sho modeli Soncya buli pomilkovimi tobto temperatura ta tisk u vnutrishnij chastini Soncya istotno vidriznyalisya vid vidomogo Napriklad cherez te sho nejtrino vimiryuyut velichinu potochnogo yadernogo sintezu bulo pripusheno sho yaderni procesi v yadri Soncya mogli timchasovo zupinitisya Oskilki dlya peremishennya teplovoyi energiyi vid yadra do poverhni Soncya potribni tisyachi rokiv ce ne mozhe buti odrazu zafiksovano Dosyagnennya geliosejsmologichnih sposterezhen dozvolili zrobiti visnovok pro vnutrishnyu temperaturu Soncya ci rezultati uzgodzhuyutsya z dobre vstanovlenoyu standartnoyu sonyachnoyu modellyu Detalni sposterezhennya za nejtrinnim spektrom z bilsh doskonalih nejtrinnih observatorij dali rezultati yaki ne moglo poyasniti zhodne koriguvannya sonyachnoyi modeli todi yak zagalnij menshij potik nejtrino yakij viyavili rezultati eksperimentu Homestake vimagav nizhchoyi temperaturi sonyachnogo yadra energetichnij spektr nejtrino vimagav vishoyi temperaturi yadra Tak vijshlo tomu sho rizni yaderni reakciyi shvidkosti yakih riznyatsya zalezhno vid temperaturi viroblyayut nejtrino z riznoyu energiyeyu Bud yake pristosuvannya do sonyachnoyi modeli pogirshuvalo prinajmni odin aspekt rozbizhnostej 5 Virishennya RedaguvatiProblema sonyachnogo nejtrino bula virishena shlyahom pokrashennya znan pro same nejtrino Vidpovidno do Standartnoyi modeli fiziki chastinok isnuye tri riznovidi nejtrino elektronni nejtrino myuonni nejtrino i tau nejtrino Elektronni nejtrino ce ti sho viroblyayutsya na Sonci i ti sho viyavlyayutsya v zgadanih vishe eksperimentah zokrema v eksperimenti z hlor detektorom v Homestake Mine U 1970 h rr shiroko poshirenoyu bula dumka sho nejtrino bezmasovi a yih aromati nezminni Odnak u 1968 roci Pontekorvo zaproponuvav sho yaksho nejtrino mayut masu to voni mozhut perehoditi vid odnogo aromatu do inshogo 6 Takim chinom zagubleni sonyachni nejtrino mozhut buti elektronnimi nejtrino sho na shlyahu do Zemli zminili aromati stayuchi nevidimimi dlya detektoriv u shahti Homestake ta suchasnih observatoriyah nejtrino Nadnova 1987A demonstruye sho nejtrino mozhe mati masu cherez riznicyu v chasi prihodu nejtrino viyavlenogo v Kamiokande i IMB 7 Odnak oskilki zafiksovano duzhe malo nejtrinno bulo vazhko zrobiti yakis visnovki z pevnistyu Yakbi Kamiokande ta IMB mali visokotochni tajmeri dlya vimiryuvannya chasu probigu nejtrino sho prorvavsya cherez Zemlyu voni mogli b bilsh tochno viznachiti chi mayut nejtrino masu chi ni Yakbi nejtrino buli bezmasovimi voni b ruhalis zi shvidkistyu svitla yakbi voni mali masu voni b ruhalis zi shvidkistyu trohi menshoyu nizh shvidkist svitla Oskilki detektori ne priznacheni dlya viyavlennya nejtrinoyi nadnovoyi cogo zrobiti ne vdalosya Vagomi dokazi oscilyacij nejtrino buli otrimani v 1998 roci zavdyaki spivpraci Super Kamiokande v Yaponiyi 8 Yaponski sposterezhennya pokazali sho myuonni nejtrino yaki viroblyayutsya u verhnih sharah atmosferi kosmichnimi promenyami zminyuyutsya na nejtrino tau v mezhah Zemli v nizkih sharah atmosferi bulo viyavleno nejtrino sho prohodit z Zemli a ne prihodit zverhu v detektor z neba Ci sposterezhennya stosuvalis lishe myuonnih nejtrino U Super Kamiokande ne sposterigalos nejtrino tau Rezultat odnak zrobiv bilsh pravdopodibnim sho deficit nejtrino z aromatom elektronu yakij sposterigavsya v eksperimenti porivnyano nizkoenergetichnomu Homestake takozh pov yazanij z masoyu nejtrino Cherez rik nejtrinnoyi observatoriyi v Sadberi SNO rozpochala zbir danih Cej eksperiment buv spryamovanij na 8B sonyachni nejtrino yaki mayut energiyu v priblizno 10 MeV i ne silno vplivayut na kolivannya na Sonci i Zemli Tim ne menshe ochikuyetsya velikij deficit cherez efekt Miheyeva Smirnova Volfenshtejna yakij buv pidrahovanij Oleksiyem Smirnovim u 1985 roci Unikalnij dizajn SNO sho vikoristovuye veliku kilkist vazhkoyi vodi v yakosti seredovisha viyavlennya buv zaproponovanij Herb Chen takozh u 1985 r 9 SNO sposterigav elektronni nejtrino zokrema i vsi aromati nejtrino razom 10 Pislya detalnogo statistichnogo analizu kolaboraciya SNO vstanovila sho chastka stanovit priblizno 34 11 i povnistyu uzgodzhuyetsya z prognozom Zagalna kilkist viyavlenih 8V nejtrino takozh uzgodzhuyetsya z grubimi prognozami sonyachnoyi modeli na toj chas 12 Dzherela Redaguvati The Nobel Prize in Physics 2002 Procitovano 16 lyutogo 2020 The Nobel Prize in Physics 2015 Procitovano 16 lyutogo 2020 Webb Jonathan 6 zhovtnya 2015 Neutrino flip wins physics Nobel Prize BBC News Procitovano 6 zhovtnya 2015 Adrian Cho Did the Nobel committee get the physics wrong Science December 14 2016 doi 10 1126 science aal0508 Haxton W C Annual Review of Astronomy and Astrophysics vol 33 pp 459 504 1995 Gribov V 1969 Neutrino astronomy and lepton charge Physics Letters B 28 7 493 496 Bibcode 1969PhLB 28 493G doi 10 1016 0370 2693 69 90525 5 W David Arnett Jonathan L Rosner 1987 Neutrino mass limits from SN1987A Physical Review Letters 58 18 1906 1909 Bibcode 1987PhRvL 58 1906A PMID 10034569 doi 10 1103 PhysRevLett 58 1906 Edward Kearns Takaaki Kajita and Yoji Totsuka Detecting Massive Neutrinos Scientific American August 1999 H H Chen Direct Approach to Resolve the Solar Neutrino Problem Physical Review Letters 55 1985 doi 10 1103 PhysRevLett 55 1534 Q R Ahmad et al Measurement of the Rate of Interactions ne d p p e Produced by 8B Solar Neutrinos at the Sudbury Neutrino Observatory Physical Review Letters 87 2001 doi 10 1103 PhysRevLett 87 071301 A Bellerive et al SNO Collaboration The Sudbury Neutrino Observatory Nucl Phys B 908 2016 arXiv 1602 02469 Suzuki Yoichiro 2000 Solar Neutrinos International Journal of Modern Physics A 15 201 228 Bibcode 2000IJMPA 15S 201S doi 10 1142 S0217751X00005164 Posilannya RedaguvatiDani pro sonyachne nejtrino Rozgadka tayemnici zniklih nejtrino Zhurnal Rejmonda Devisa molodshogo Nova Chastinka privid Problema sonyachnogo nejtrino Dzhon N Bakol Problema sonyachnogo nejtrino L Stokman Pidbirka fotografij riznih detektoriv nejtrino Vebsajt Dzhona Bakolla Otrimano z https uk wikipedia org w index php title Problema sonyachnih nejtrino amp oldid 39838179