Cząstka ducha: neutrino

Cząstka ducha: neutrino

Alexey Levin
Popular Mechanics ı3, 2010

Podczas gdy czytałeś krótki tytuł tego artykułu, twoje ciało przeleciało bez przeszkód 1014 neutrino.

Około stu lat temu fizycy zaczęli być zaniepokojeni dziwnym zachowaniem elektronów emitowanych z niestabilnych jąder podczas rozpadu beta. Dane eksperymentalne wykazały, że energia kinetyczna tych cząstek zmienia się w dość szerokich granicach. Jednocześnie pojawiało się coraz więcej powodów, by sądzić, że jądra takie tracą energię dyskretnie i w tych samych porcjach. Ale w tym przypadku każdy konkretny typ rozpadu beta wydaje się generować elektrony o tej samej energii, ale tak się nie stało. Podobnie porównanie momentów kątowych, które, jak widać, również się nie utrzymywało, wyglądało tak samo.

Zasadniczo tę anomalię można wytłumaczyć nieprzestrzeganiem podstawowych praw zachowania, ale prawie wszyscy fizycy uważają to za nadmierną ofiarę. Sytuację uratował Wolfgang Pauli, trzydziestoletni, ale już znany profesor fizyki teoretycznej w Szwajcarskim Federalnym Instytucie Technologii (ETH) w Zurychu. Jako "ostateczność" (własnymi słowami) zachowania praw zachowania energii iMoment pędu Pauli zakładał, że elektrycznie obojętne cząstki światła o połowie spinu są ukryte w jądrze. Zaproponował nazywanie tych hipotetycznych leptonów neutronami. Zgodnie z jego hipotezą to oni niosą ze sobą resztę energii traconej przez jądro, dlatego w każdym akcie rozpadu beta suma energii tej cząstki i elektronu musi być stała.

Pauli zrozumiał, że jego pomysł był bardzo podatny na krytykę. Poinformował o tym w piśmie z 4 grudnia 1930 r., Skierowanym do specjalistów od radioaktywności zgromadzonych w Tübingen, podkreślając, że nie uważa za możliwe opublikowanie swojej hipotezy w czasopiśmie naukowym. Nieformalny charakter tego przesłania wyraża się nawet w apelu "Drodzy radioaktywni panie i panowie!". Przyznając, że jego założenia wyglądają "prawie niewiarygodnie", Pauli wciąż prosi swoich kolegów, aby zastanowili się, jak wykryć hipotetyczną cząstkę w eksperymencie.

Neutrina przybyły na fizykę prawie rok przed anty-elektronem Diraca iw zupełnie inny sposób. Paul Dirac wywnioskował, że istnieje elektron o ładunku dodatnim, próbując znaleźć sensowną interpretację paradoksalnych rozwiązań jego równania.A neutrino jako czysto teoretyczne założenie zostało wymyślone przez innego wielkiego fizyka bez formalnego potwierdzenia matematycznego, w pewnym sensie, po prostu z desperacji. Obraz: Popular Mechanics

Innowacyjność językowa Pauli wkrótce zmienił adresata – nazwali go neutralnym analogiem protonu, odkrytym w 1932 roku przez Jamesa Chadwicka jako neutron. Ale sam pomysł był niezwykle owocny. W latach 1933-1934 włoski Enrico Fermi opracował matematyczną teorię rozpadu beta z udziałem cząstki zaproponowanej przez Pauliego, którą Fermi nazwał neutrinem. Jednak zupełnie nowy sposób wyjaśnienia jego wyglądu. Jeśli Pauli wierzył, że jego hipotetyczna cząstka jest obecna w jądrze jako gotowy produkt, Fermi zasugerował, że neutrina rodzą się równocześnie z transformacją jednego z neutronów wewnątrzjądrowych w proton i elektron. Proton pozostaje w składzie jądra córki z liczbą atomową zwiększoną o jeden, a elektron i neutrino wlatują do otaczającej przestrzeni. Fermi postulował, że masa neutrin jest zerowa (stąd wynika, że ​​ma lekką prędkość) i że jej wygląd nie potrzebuje pośredników w postaci jakichkolwiek pomocniczych cząstek.

Teoria Fermiego opisuje inny typ rozpadu beta, w którym jądra powstają z liczbą atomową zmniejszoną o jeden. Wyjaśnia to rozpad przez przekształcenie protonu w neutron, któremu towarzyszy uwalnianie pozytonu i neutrino. Antineutrino nie jest wyraźnie wymienione w jego artykule, ale cała jego logika dyktuje jego istnienie. Ponieważ pozyton jest antycząstką elektronu, naturalne jest założenie, że neutrino ma również antycząstkę. Uważa się, że podczas rozpadu beta elektronów powstają antyneutriny i podczas neutrin pozytonowych (zgodnie z teorią Diraca, zgodnie z którą cząstki i antycząstki są zawsze wytwarzane parami). We wczesnych latach pięćdziesiątych sformułowano koncepcję, która przypisuje liczbę 1 każdemu leptonowi, a liczbę -1 – pilarce. W obu rodzajach rozpadu beta, te liczby (są one również nazywane leptonowymi ładunkami) są zachowywane: najpierw nie ma w ogóle leptonów, a następnie rodzą się leptony i antyleptony (elektron i antyneutino lub pozyton i neutrino), a zatem liczba leptonów pozostaje zerowa przed i po rozpadzie .

Neutrina mają fenomenalną siłę przenikania. W tym samym roku 1934, Hans Bethe i Rudolf Peierls obliczyli, że neutrina o energiach rzędu kilku MeV oddziałują z materią tak słaboże mogą łatwo pokonać warstwę ciekłego wodoru o grubości tysiąca lat świetlnych! Nauka tego, Pauli, podczas wizyty w kalifornijskiej technologii, powiedział, że zrobił coś strasznego – przewidział istnienie cząstki, której w ogóle nie można było wykryć!

Pesymistyczna prognoza Paula została odrzucona w latach 1955-1956, po tym, jak amerykańscy fizycy pod kierunkiem Clyde'a Cowana i Fredericka Reynesa potwierdzili eksperymentalnie istnienie neutrin (dla których Reines otrzymał Nagrodę Nobla w 1995 r., Której Cowen nie przeżył).

Źródłem neutrin dla ich eksperymentu był jeden z reaktorów kompleksu jądrowego Rzeka Savannah w stanie Karolina Południowa. Potężne strumienie antyneutrino (10 trylionów cząsteczek na 1 cm2 na sekundę!) generowane przez rozpady beta jądra uranu i plutonu. Zgodnie z teorią Fermiego, antyneutrina wytwarza pozyton i neutron, gdy zderza się z protonem (jest to tak zwany rozpad beta z odwrotną fazą beta). Transformacje te rejestrowano przy użyciu pojemnika zawieszonego na czujnikach wypełnionych wodnym roztworem chlorku kadmu. Prawie wszystkie antyneutriny przeszły przez nią bez przeszkód, ale w niektórych przypadkach nadal oddziaływały z jądrami wodoru.Powstałe pozytrony anihilują z elektronami, wytwarzając parę kwantów gamma o energiach rzędu 0,5 MeV. Noworodkowe neutrony zostały zaabsorbowane przez jądra kadmu, które emitowały promieniowanie gamma o innej częstotliwości. Długa rejestracja takiego promieniowania gamma pozwoliła wiarygodnie dowieść rzeczywistości neutrina, o czym w czerwcu 1956 r. Eksperymentatorzy powiadomili Pauliego specjalnym telegramem.

Kiedy grupa Cowan i Reines zakończyli eksperyment, fizycy wierzyli, że wszystkie neutrina są takie same. Jednak pod koniec lat 50. XX wieku teoretycy ze Związku Radzieckiego, Stanów Zjednoczonych i Japonii zasugerowali, że neutrina towarzyszące produkcji mionów różnią się od towarzyszących elektronów i pozytonów (pomysł ten został po raz pierwszy wyrażony dekadę wcześniej, ale potem o nim zapomniałem) . Tak powstała hipoteza nowego neutrino mionowego (naturalnie i antyneutrino). W latach 1961-1962 zostało potwierdzone w Narodowym Laboratorium Brookhaven, aw 1988 r. Leon Lederman, Melvin Schwartz i Jack Steinberger otrzymali za to Nagrodę Nobla. Później teoretycy zrozumieli, a eksperymentatorzy potwierdzili, że trzeci i najbardziej masywny naładowany lepton, cząstka tau,ma również własne neutrino. Tak więc fizyka ma do czynienia z neutralnymi leptonami trzech rodzajów – neutrinami elektronowymi, mionowymi i tau. Każda para leptonów odpowiada parze kwarków (w tej samej kolejności wyliczenia) – kwark u i kwark d, c-kwark i kwark s, kwark t i kwark b.

Wrażliwe oczy

Obserwatoria neutronowe mają tendencję do ukrywania się głęboko pod ziemią, pod wodą lub pod lodem. Mury kilometrowe i studnia dachowa eliminują rozmaite zakłócenia, ale w przypadku wszechogarniających neutrin nawet tysiące kilometrów skał nie stanowią znaczących przeszkód. Japońskie obserwatorium Super kamiokande znajduje się na głębokości 1000 mw starej kopalni cynku Motsumi, 180 km od Tokio. Detektor obserwacyjny jest stalowym "szkłem" z 50 000 ton ultraczystej wody i zestawem prawie 13 000 takich superczułych fotopowielaczy, które śledzą promieniowanie Czerenkowa przed spowolnieniem wytwarzanych neutrin mionów w wodzie.

Istnienie trzech rodzajów neutrin wyjaśnia paradoksalne wyniki wyznaczania gęstości strumienia neutrin docierających do Ziemi, powstających w reakcjach termojądrowych w centrum Słońca. Pierwszy detektor neutrin słonecznych, Ray Davis i jego współpracownicy zainstalowali kopalnię złota w Południowej Dakocie na głębokości półtora kilometra w drugiej połowie lat sześćdziesiątych.Wyniki ich pracy okazały się nieoczekiwane – gęstość strumienia neutrin słonecznych była co najmniej dwa razy mniejsza niż wartość odpowiadająca modelowi procesów wewnątrzczołowych (już dobrze rozwiniętych i uważanych za dość niezawodne). Z biegiem czasu obserwatoria neutrin we Włoszech, ZSRR i Japonii potwierdziły dane Amerykanów iz różnym przekonaniem wykazały, że gęstość strumienia neutrin słonecznych jest około trzykrotnie mniejsza niż obliczona. Należy zauważyć, że metoda wykrywania stosowana przez grupę Davisa, oparta na przemianie neutrina chloru-37 do argonu-37, została po raz pierwszy zasugerowana przez włoskiego fizyka Bruno Pontecorvo, który wyemigrował do ZSRR z Fermi.

Uzyskane wyniki próbowano interpretować na różne sposoby, ale ostatecznie wyjaśnienie udzielone ponad 40 lat temu przez Pontecorvo i Vladimira Gribova zatriumfowało. Zgodnie z ich hipotezą neutrina elektronowe urodzone w głębi Słońca w drodze na Ziemię częściowo zmieniają swoją naturę i zamieniają się w neutrina typu mionowego. Detektory, o których mówiliśmy, nie zarejestrowały ich (lub prawie się nie zarejestrowały), więc wyniki okazały się zbyt niskie.Kiedy okazało się, że istnieją trzy różne neutrina, stało się jasne, dlaczego zmierzone parametry okazały się trzy razy mniejsze niż oczekiwano.

Eksperyment Minosa (Główna oscylacja Neutrino głównego wtryskiwacza) jest przeznaczony do obserwowania oscylacji neutrin. Zgodnie z różnicą w liczbie zarejestrowanych neutrin mionowych z dwóch detektorów (jeden w Fermilabdrugi, 720 km od niego, w stanie Minnesota), możliwe będzie wyciągnięcie wniosku o obecności oscylacji. Obraz: Popular Mechanics

Skomplikowana natura neutrin została najsolidniej udowodniona przez personel kanadyjskiego obserwatorium neutrin.Obserwatorium neutrin w Sudbury). Służyły one jako wykrywacz zainstalowany w istniejącej kopalni (na głębokości 2 km) kontener wykonany z pleksi, wypełniony tysiącami ton ciężkiej wody. Ten teleskop neutrinowy został wykryty dwoma różnymi metodami – jednym zarejestrowanym tylko neutrino elektronowe, a drugi – dowolnym. Wiosną 2002 r. Eksperymentatorzy ogłosili, że drugi wskaźnik był trzy razy wyższy od pierwszego. Oznaczało to, że Słońce rodzi się odpowiednią ilość neutrin elektronowych, ale droga do Ziemi trzeciej z nich zamienia się w mion, a jedna trzecia – do tau neutrina (proces ten nazywa się oscylacji neutrin).

Obecność oscylacji jest naprawdę fundamentalna.Są one możliwe tylko wtedy, gdy neutrina we wszystkich swoich postaciach mają niezerową masę. Jego wartość nie została jeszcze dokładnie zmierzona; najprawdopodobniej jest to część elektronowoltów, która jest co najmniej milion razy mniejsza od masy elektronu. Jednak fakt, że on istnieje, pozwala nam wyjaśnić asymetrię między materią a antymaterią.

Pochodzenie ziemskie

Oscylacje są poszukiwane nie tylko w strumieniach neutrin pochodzenia pozaziemskiego, ale również w sztucznie wytworzonych wiązkach neutrin. Taki eksperyment Eksperyment z neutrinami wspomagającymi (boone)nadchodzi w 2002 roku Fermilabgdzie neutrina są otrzymywane przy użyciu przyspieszacza protonów 8-GeV. Neutriny generowane są przez impulsy o czasie trwania 1,5 ms pięć razy na sekundę. Belka jest wysyłana do detektora – sferycznego zbiornika z ultraczystym olejem mineralnym zawierającym 1520 supersensowne elektroniczne fotopowielacze, które oznaczają oddziaływanie neutrin z materią przez charakterystyczny ślad – stożek promieniowania Czerenkowa. Takie zdarzenia występują mniej więcej raz na 20 sekund (1 milion zdarzeń rocznie). Analizując pozycję fotopowielaczy, do których dociera światło, fizycy mogą określić powstałą cząstkę – lepton (elektron, mion lub tau), a tym samym rodzaj neutrina, który ją wytworzył.Porównując początkową liczbę neutrin tego samego typu z liczbą pozostałą po przejściu pewnej ścieżki, możemy wyciągnąć wnioski o obecności lub braku oscylacji neutrin.

Pierścienie światła
Światło, które widzą wrażliwe elektroniczne fotopowielacze, to promieniowanie Czerenkowa. Jest generowany przez spowolnienie cząstek powstających w wyniku interakcji neutrin z materią w kulistym zbiorniku o średnicy 12 m, wypełnionym 800 tonami oleju. Obraz: Popular Mechanics

Opowieść o kosmicznych neutrinach okaże się niekompletna, jeśli nie wspomnieć, że oprócz wysokoenergetycznych neutrin narodzonych we wnętrzu gwiazd i wybuchów supernowych, istnieją bardzo neutrin o niskiej energii w kosmosie z czasów Wielkiego Wybuchu. Obliczona gęstość tych cząstek reliktowych pokrywa się z gęstością fotonów reliktowych, ale wciąż nie można ich wykryć (nie ma urządzeń).

W 1937 r. Wczesny, fenomenalnie utalentowany włoski fizyk teoretyczny Ettore Majoran opublikował artykuł "Symetryczna teoria elektronu i Positrona". Zgodnie z jego teorią, elektrycznie obojętne cząsteczki i antycząstki są całkowicie identyczne, a zatem nieodróżnialne od siebie.Neutrina o tych właściwościach odgrywają kluczową rolę w teorii wyjaśniającej kosmiczną asymetrię między materią i antymaterią.

"Jeśli neutrino ma zerową masę, to pytanie, czy różni się ono od antycząstki, czy też jest z nią zgodne, nie ma znaczenia. Ale obecność masy oznacza, że ​​obie opcje są możliwe. W pierwszym przypadku neutrino nazywa się Dirac, w drugim – Majorana. I jeszcze nie wiadomo, w jaki sposób natura go pozbyła "- powiedział profesor fizyki teoretycznej na Uniwersytecie Northwestern Andre de Guvea w serwisie Popular Mechanics. – Do tej pory eksperymenty wykazały, że liczby leptonów są ściśle zachowane we wszystkich reakcjach jądrowych. Jeśli neutrino jest cząstką Diraca, to prawo to nigdy nie powinno być naruszane. Ale dla neutrin Majorany można go zaobserwować tylko w przybliżeniu, a zatem dopuszczać naruszenia. Eksperymentatorzy wiedzą nawet, gdzie je znaleźć. Jest taki proces wewnątrzjądrowy, podwójny rozpad beta: dwa neutrony zamieniają się w protony naraz, emitując parę elektronów i parę antyneutrina. Transformacje te występują niezwykle rzadko, ale nadal występują.Teraz jest wiele miejsc, w których próbują wykryć podwójny neutrinowy rozpad beta – jądro przeskakuje o dwie pozycje w prawo na układzie okresowym z emisją tylko elektronów. A jeśli zostanie znaleziony, trzeba będzie się zgodzić, że liczba leptonów może nie zostać zachowana i że neutrino należy uznać za cząstkę Majorany. "

Łowienie pod lodem
Naukowcy umieścili kabel z czułymi fotodetektorami przymocowanymi do niego w otworze o głębokości około 2 km w lodowej skorupie Antarktydy, która tworzy teleskop neutrinowy AMANDA (Antarktyczne Mono i Wykrywacz Neutrino). Kula służy jako filtr ochronny dla tego teleskopu, który rejestruje neutrina z głębi kosmosu. Obraz: Popular Mechanics

We wszystkich eksperymentach obserwuje się neutrina, w których spin jest przeciwny do pędu – takie cząstki nazywane są cząstkami leworęcznymi. W antineutrinos spin wygląda w tym samym kierunku co impuls – są to cząstki praworęczne. Ale jeśli neutrino jest posłuszne wielkiemu równaniu, może przejawiać się w słabych interakcjach i jako cząsteczka o właściwej orientacji. To prawda, że ​​w eksperymencie nie znaleziono podobnych odmian neutrin, ale nie jest to śmiertelne.Można przypuszczać, że ze względu na gigantyczną masę rzędu 1014-1016 GeV urodziły się tylko w kompozycji super gorącej materii, która istniała po raz pierwszy po kosmologicznej inflacji. Będąc skrajnie niestabilnymi, niemal natychmiast rozpadły się i, z powodu postępującego ochładzania Wszechświata, już nie powstały.

I tu zaczyna się zabawa. Supermasywne neutrina majorana lub po prostu mayorany są przekształcane w bozony Higgsa i leptony. Ponieważ liczby leptonów nie są zachowywane w tych rozpadach, mogą generować więcej elektronów niż pozytonów. Podobnie, liczba noworodków neutrino światła nie musi pokrywać się z liczbą antyneutrinos. W rezultacie pojawia się niezerowa liczba leptonów we Wszechświecie, która po całkowitym rozpadzie całego majeranku pozostaje praktycznie niezmieniona. Proces ten nazywa się leptogenezą.

Wielka Annihilation

Zgodnie z ogólnie przyjętymi teoriami kosmologicznymi, po wyjściu z inflacyjnej fazy ekspansji, Wszechświat (jego wiek wynosił wtedy 10 lat)-34 c) zawiera dokładnie taką samą ilość materii i antymaterii. Potem były procesy, które całkowicie uwolniły ją od antymaterii, ale zachowały część sprawy.W ten sposób powstała populacja protonów, neutronów i elektronów, która później stała się surowcem do produkcji wszystkich atomów naszego świata.

Obecnie na każde 5 m3 kosmos odpowiada za przeciętnie miliard kwantów reliktowego promieniowania elektromagnetycznego, jeden elektron i jeden proton, składający się z trzech kwarków. Liczba neutronów jest tym mniejsza i nie występują one w stanie wolnym. Ale pozytrony, antyprotony i antyneutrony, choć w niektórych miejscach, rodzą się, ale w tak małej liczbie, że można je zaniedbać na skalę kosmologiczną. Ale nie zawsze tak było. Kiedy wiek Wszechświata zbliżał się do jednej tysięcznej sekundy, na każdy miliard kwantów przypada około 3 miliardów antykwarków i 3 miliardy i 3 kwarki. Weszli w unicestwienie, które "zjadły" wszystkie antykwarki, ale pozostawiły niewielką część kwarków, które nie znalazły żywych antypartnerów. Ocalałe kwarki połączyły się w protony i neutrony, co zajęło nie więcej niż cztery lub pięć mikrosekund. Kiedy wiek wszechświata osiągnął jedną sekundę, pozytony, które były w tym samym nieznacznym braku równowagi z elektronami, zostały unicestwione i zniknęły.I tak powstał Wszechświat, w którym gęstość antymaterii praktycznie nie różni się od zera.

Ale jeśli początkowo nie było nierównowagi w cząsteczkach i antycząstkach, jak powstały? Fizycy i kosmologowie spierają się o to od kilku dziesięcioleci, ale jak dotąd nie doszli do wspólnej opinii. Jednak w ostatnich latach zaproponowano teorię, która wydaje się bardziej przekonująca niż modele konkurencyjne. Jako wytłumaczenie przyciąga transformacje kwantowe z udziałem bardzo dużych neutrin energetycznych.

To nie koniec historii. Interakcja między leptonami ultra wysokich energii pozostawionych po rozpadzie majorany może doprowadzić do pojawienia się kwarków i antykwarków, które wcześniej po prostu nie istniały. Jest to barogeneza – występowanie barionów, cząstek zaangażowanych w silne oddziaływania. Istnieją realne scenariusze, w których nierównowaga między leptonami i anty-blindami zmienia się w nadmiar kwarków nad antykwarkami, barionami nad antybiałonami. I wtedy nastąpiła Wielka Zagłada z wszystkimi jej konsekwencjami. Obecnie barogeneza poprzez leptogenezę jest najpopularniejszą interpretacją niedoboru antymaterii w naszym Wszechświecie.

"Oczywiście, to tylko teoria" – wyjaśnia profesor de Guvea. – Nie wiemy nawet, czy neutrino można uznać za cząstkę Majorany. Jeśli ta hipoteza zostanie potwierdzona eksperymentalnie, wówczas pozycje modelu leptogenezy będą znacznie wzmacniać. "

Obecnie model z udziałem neutrin Majorany najlepiej wyjaśnia tajemnicę absolutnej przewagi materii nad antymaterią w naszym wszechświecie, mówi były prezes Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego, fizyk teoretyczny Helen Quigg z Uniwersytetu Stanforda. Zauważa, że ​​narodziny neutrin w rozpadzie majeranku pozwalają nam wyjaśnić ich nieistotną masę – do tego została wymyślona bardzo piękna teoria, tzw. Mechanizm widzialny. Jednak dr Quigg podkreślił, że tej idei nie można zweryfikować eksperymentalnie w przewidywalnej przyszłości. Według niej jest nawet możliwe, że ten model pozostanie piękną hipotezą.

Głębokie połączenie

Próby wykorzystania nieuchwytnej (lub prawie nieuchwytnej) cząstki – neutrina – rozpoczęły się wkrótce po eksperymentalnym wykryciu. Ta możliwość została omówiona, a pisarze science fiction i naukowcy.

Aby przesłać informacje na pokładzie łodzi podwodnej w pozycji zanurzonej, stosowane są pasma VLF.(bardzo niskie częstotliwości, jednostki kHz, blisko powierzchni, do 50 bit / s) i ELF (skrajnie niskie częstotliwości, dziesiątki Hz, na głębokości 1 bit na minutę). Według Patrick Huber z Virginia Polytechnic Institute (Virginia tech), użycie neutrin pozwoli na zwiększenie prędkości przesyłania informacji do 1-100 bit / s nawet na dużych głębokościach. Aby otrzymać informacje, musisz wyposażyć łódź podwodną w detektory mionów lub super czułe fotodetektory.

Po raz pierwszy możliwość przesyłania informacji za pomocą neutrin została wyrażona w 1967 roku przez fizyka Méchislava Subotovicha w polskim czasopiśmie naukowym Postepy Techniki Jadrowej ("Kroki inżynierii jądrowej"). W tym samym roku ukazała się powieść "The Voice of the Sky" Stanislava Lema, bazująca na możliwości połączenia neutrinowego.

Grupa naukowców z Naval Research Laboratory, opublikowana w 1977 r. W czasopiśmie Nauka Artykuł "Komunikacja za pomocą promieniowania neutrinowego" (Telekomunikacja z wiązkami neutronowymi), realizował bardziej przyziemne cele. Dokładniej, w szczególności pod wodą – w celu zapewnienia łączności z okrętami podwodnymi o charakterze bojowym. To prawda, że ​​poziom technologii czasu nie pozwalał na wdrożenie takiego systemu w praktyce.Ale od tego czasu idea ta regularnie pojawia się na łamach czasopism naukowych, chociaż możliwości nowoczesnych pierścieni mionowych do generowania wiązek neutrinowych są wciąż niewystarczające dla pewnej komunikacji. Jest możliwe, że w przyszłości w ten sposób możliwe będzie osiągnięcie szybkości przesyłania informacji od 1 do 100 bitów na sekundę.

W ostatnich latach dyskutowano o bardziej egzotycznych projektach. Na przykład, mając skupioną wiązkę neutrin, prześledź grubość Ziemi w poszukiwaniu bunkrów z bronią jądrową (a nawet dezaktywuj jej rezerwy). Stwierdzono, że aby wykonać pierwsze zadanie, wymagane będą belki o energii cząstek 10 TeV, dla drugiego około 1 PeV (1015 eV). Czy warto wspomnieć, że zarówno odbieranie, jak i ukierunkowanie na takie wiązki są wciąż daleko poza nowoczesnymi technologiami?

Fizyk teoretyczny z Fermilab Stephen Park, na prośbę premiera, mówił o bardzo fantastycznych technologiach neutrinowych: "Jeśli chcemy połączyć się z cywilizacjami po drugiej stronie naszej Galaktyki, wówczas tylko te wiązki neutrinowe mogą zapewnić taką możliwość. Na Ziemi są aplikacje: za pomocą telefonu neutrinowego można przesyłać wiadomości z USA i Europy do Chin,Japonia i Australia są o 15-20 milisekund szybsze niż kanały konwencjonalne – bezpośrednio przez grubość Ziemi, a nie przez kable lub komunikację satelitarną. Pośrednicy finansowi, gdyby mieli takie połączenie do wyłącznej dyspozycji, mogliby zarobić mnóstwo pieniędzy! "

Chociaż ostatnio wydawało się niewiarygodne, że neutrina mogą znaleźć praktyczne zastosowanie, teraz ten pomysł nie wygląda już tak fantastycznie. Pod koniec XX wieku pojawiły się detektory, które mierzyły z dokładnością do 1,5% gęstość silnych strumieni neutrin z energiami cząstek rzędu kilku MeV. Rdzenie elementów paliwowych są zwykle wykonane z mieszaniny uranu-235 i uranu-238, które emitują neutrony i antyneutriny podczas reakcji rozszczepienia łańcucha. Jądra uranu-238 pochłaniają neutrony i przekształcają się w jądra plutonu-239, które z kolei również wchodzą w reakcję łańcuchową i ponownie stają się źródłem antyneutrinu. Ponieważ intensywność wytwarzania antyneutrin przez różne izotopy nie jest taka sama, tempo generowania tych cząstek zmienia się w czasie. Ciągłe monitorowanie gęstości strumienia neutrin umożliwia ocenę sposobu działania reaktora i stężenia różnych izotopów w jego aktywnym rdzeniu.

Jedna z możliwych konstrukcji "Fabryki Neutrino" (Fabryka Neutrino) – kaskada akceleratorów, przyspieszająca protony do energii rzędu kilku GeV i kierująca je do celu rtęci w celu uzyskania pionów, które następnie rozpadają się na miony. Są przyspieszane za pomocą kolejnej kaskady akceleratora do energii dziesiątek GeV i wysyłane do pierścieni akumulacyjnych, gdzie kolimowane wiązki neutrinowe są uzyskiwane podczas rozpadu mionów. Obraz: Popular Mechanics

Fizycy z Livermore National Laboratory i Sandia Laboratory opracowali trzy prototypy kompaktowych detektorów antyneutrinowych. Zostały przetestowane w elektrowni jądrowej w Południowej Kalifornii. Stacja generowania energii jądrowej San Onofre (PIOSENKI). Liczniki te zanotowały reakcję odwróconego rozpadu beta, z którą grupa Cowan i Reynes po raz pierwszy eksperymentalnie potwierdziła hipotezę Pauliego.

Pierwszy detektor SONGS1 wszedł w życie pod koniec 2003 roku. Został wypełniony substancją o wysokim stężeniu wodoru, do której dodano gadolin, pełniąc taką samą rolę jak kadm w eksperymencie Cowana i Reynesa. Pozytoni zrodzeni przez odwrotną degradację beta niszczą elektrony, a gadolin pochłania związane z nimi neutrony. Reakcje te pociągnęły za sobą parę błysków gamma.Te błyski zostały wygenerowane w odstępach 30 mikrosekund i zostały zarejestrowane za pomocą fotopowielaczy. Z 1017 antineutrinos, które codziennie penetrowały detektor, tylko 4000 zderzyło się ze scyntylacyjnymi protonami płynów, a tylko 400 z nich pozostawiło wiarygodne "sygnatury". Detektory SONGS2 i SONGS3 zainstalowane w 2007 r. Zawierały także gadolin, jednak w pierwszym pracował sypularny polimerowy polimer, a w drugiej wodzie ultraczystej był używany jako taki. Latem 2008 roku detektory zostały zdemontowane, a naukowcy przystąpili do analizy uzyskanych wyników. Obecnie twórcy tych obiektów wspólnie z pracownikami University of Chicago opracowują liczniki neutrin następnej generacji na argonie i germanie. Dwa takie detektory mają zostać zainstalowane już w tym roku.


Like this post? Please share to your friends:

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