Изследователи за първи път са наблюдавали въздействие на цяло атомно ядро с частицата неутрино. Подобно явление е прогнозирано на теория преди 43 години, но досега не е регистрирано на практика, съобщи онлайн изданието Science.
Резултатите от експеримента, проведен в Националната лаборатория Оак Ридж (Oak Ridge National Laboratory - ORNL), са публикувани в Science. Наблюдаваното взаимодействие се нарича кохерентно еластично разсейване, при което неутрино взаимодейства с целия атом, придавайки малко енергия на ядрото. Преди това са наблюдавани взаимодействия само с отделни протони или неутрони от ядрата на атомите.
Почти без маса, трилиони от миниатюрните субатомни частици неутрино преминават през телата ни всяка секунда, но ние няма как да ги усетим.
Потоците неутрино ни пронизват непрекъснато, но тези частици толкова слабо взаимодействат с останалата част от материята, че ги наричат "призрачни, неуловими". За да ги открият, учените трябва да изграждат огромни конструкции. Например неутринната обсерватория "IceCube" в близост до Южния полюс представлява един кубически километър лед с пет хиляди детектора. Сега международен екип от учени успя да създаде миниатюрни детектори на неутрино с тегло около 15 кг и да наблюдават с тях сблъсъка на неутрино с ядрата на атомите на цезия.
Отдавна е известно съществуването на три вида неутрино: електронно, мюонно и тау неутрино. Разликата между тях се показва в редките случаи, когато неутриното реагира с ядрата на атомите. Например, когато мюонно неутрино се сблъска с неутрон в ядро, той се превръща в протон, а самото неутрино се превръща в мюон. При сблъсъци с ядрата на електронни и тау неутрино и се произвеждат съответно електрони и тау лептони. Тези три вида възникващи частици се регистрират от сензорите и издават присъствието на неутриното.
"Индуциран бета разпад". Електронното неутрино може да взаимодейства с неутрон до протон и електрон. Мюонното неутрино ще създаде протон и мюон. А частицитте антинеутрино могат да индуцират обратен бета-разпад, където протонът се превръща в неутрон, а антинеутриното - в позитрон (или антимюон или антитау).
През 1974 г. физикът Даниел Фридман (Daniel Z. Freedman), сега почетен професор в Масачузетския технологичен институт, доказа съществуването на друг вид взаимодействие на неутриното с атомните ядра, което нарича кохерентно еластично разсейване. Фридман предполага, че както всяка квантова частиците неутрино действат като вълна, дължината на която намалява с енергията на частиците. Високоенергийните неутрино взаимодействат с един протон или един неутрон в ядрото.
Нискоенергийните неутрино трябва да взаимодействат с всички протони и неутрони съгласувано (кохерентно). В този случай неутриното взаимодейства с протоните и неутроните на ядрото, обменяйки с тях Z-бозони, и в резултат на това не се превръщат в нищо, отскачайки от ядрото, а самото ядро получава импулс. Вероятността за такъв отскок на неутриното от атомното ядро се увеличава пропорционално на квадрата на броя на протоните и неутроните в ядрото.
Това предсказано от Фридман взаимодействие на неутриното с ядрата трудно може да бъде открито на практика. Това са много редки събития и ядрото получава твърде слаб импулс от нискоенергийното неутрино, толкова слаб, че трудно се отличава от случайните колебания. "Това е като удар по топка за боулинг с топче за тенис на маса", - разказва физикът Кейт Шолберг (Kate Scholberg) от Университета Дюк в Дърам, Северна Каролина. "Можете лесно да ударите топка за боулинг, но тя няма да се търкаля много бързо".
Въпреки това, Шолберг и 80 други членове на колаборация COHERENT вече откриха кохерентно еластично разсейване на неутрино. За тази цел те създават чувствителен детектор, състояща се от кристали на цезиев йодид, легирани с натрий (CsI[Na]) и тегло само 14,6 кг и размери 33 см дължина и 10 см щирина, според sci-news.com.
Когато нещо отскочи от ядрата в кристал, дори и малко, кристалът произвежда малък, но забележим проблясък светлина.
Детекторът. Снимка: Juan Collar
Физиците от COHERENT използват поток на неутрино с висока интензивност - вторичен продукт на един инструмент, наречен Spallation Neutron Source (SNS) на Националната лаборатория в Оак Ридж на Министерството на енергетиката на САЩ.
Няколко десетки детектора са поставени близо, на 20 метра от неутронния източник, под защитен изолационен слой от бетон, които не пропуска неутроните, генерирани от реактора, а само неутриното - страничен продукт на реактора - който прониква през тази защита без проблем. Въпреки скромните си размери детекторът с 100 пъти по-голяма вероятност открива неутрино в сравнение с обсерваториите, които изучават слънчевите неутрина. Това е така, защото потокът неутрино от SNSе много по-интензивен и е доста близо.
Енергията на тези неутрино бе достатъчно ниска, за да предизвика еластично разсейване на ядрата на атомите, но достатъчно висока, за да могат импулсите, които се придават на ядрата да могат да бъдат регистрирани.
Експериментът продължава 461 дни, учените са наблюдавали разсейване 134, което се съгласува с теоретичните прогнози.
Физиците са ентусиазирани от откритието, защото внимателни измервания на кохерентното еластично разсейване може да бъде мощен инструмент за тестване на границите на Стандартния модел, най-доброто предположение на физиците като цялостно математическо описание на Вселената.
"Това е полезно не само за изучаване на основните свойства на самото неутрино, но и с помощта на техните взаимодействия, за да очертаем познанията си за ядренаъс физика, Стандартния модел и възможностите да отидем отвъд Стандартния модел", заяви членът на екипа Грейсън Рич (Grayson Rich) от Университета на Северна Каролина.
Още по темата
Физика
Три експеримента показват: Нещо не е наред със Стандартния модел на елементарните частици
Физика
Гравитационен ефект от Големия взрив е наблюдаван в лабораторен кристал
Физика
Доказаха наличието на частица, което е своя собствена античастица
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари