Pirmieji patarimai Mikheevo-Smirnovo-Wolfensteino efekto buvo gauti, kai neutrinai judėti per Žemę • Igoris Ivanovas • Mokslinės naujienos apie "Elementus" • Fizika

Pirmieji Mikheev-Smirnov-Wolfenstein efekto patarimai buvo gauti, kai neutrinai judėjo per Žemę.

Pav. 1. "Super-Kamiokande" neutrininis detektorius yra didžiulis požeminis rezervuaras, pilnas vandens, kuriame skraidantys neutrinai kartais išmuša elektronus ir sukuria šviesos blykstes. Šiuos blyksnius užfiksuoja tūkstančiai fotomultipliuentų, kurie yra užterštos bako sienomis, o energija ir neutrino atvykimo kryptis atkuriami nuo šio atsakymo. Vaizdas iš physics.aps.org

Bendradarbiavimas "Super-Kamiokande", dirbantis su tuo pačiu pavadinimu "neutrino detektorius", rodo, kad Mikelėjus-Smirnovas-Wolfenstein poveikis, kurį sukelia neutrino pratekėjimas per Žemės storį, pradeda pasirodyti per 18 metų sukauptus duomenis. Iki šiol šis teoriškai prognozuojamas poveikis buvo tikrinamas netiesiogiai; Naujas rezultatas yra pirmasis tiesioginis testas.

Neutrinė fizika

Neutrino fizika pastaraisiais metais auga. Neutrinos yra labai ypatingi objektai, skirtingai nuo kitų dalelių. Jūs netgi galite pasakyti, kad neutrinas savybės – jie nelaimingi, bet ne nulis masė, jų stiprūs virpesiai ir kitos charakteristikos, jų – peržengti standartiniu modelio elementariųjų dalelių fizikos. Tačiau kol kas jis lieka nesuprantamas kur tiksliai jie nurodo, kokias naujas teorijas jie nurodo.Todėl, kruopščiai studijuodami neutrinus, fizikai tikisi pastebėti kažką, ko jie ilgą laiką ir be rezultatų ieškojo didelės energijos kolaiberuose.

Neutrino įrašymas yra labai sunkus. Tačiau fizikai turi labai stiprių neutrinų (tiek saulės, kosminių spindulių, natūralios radioaktyvumo), tiek dirbtinių (branduolinių reaktorių, nestabilių dalelių spindulių) šaltinių. Padauginus nedidelę tikimybę registruoti kiekvieną atskirą neutriną didžiuliu neutrinų srautu, galiausiai atsiranda nedidelis, bet gana patikimas stebimas neutrinų įvykių registracijos greitis. Neutrino jutikliai, kurių jau yra dešimtys visame pasaulyje, kaupia statistinius duomenis per metus, o po to fizikai, juos apdorodami, išmatuoja įvairias neutrino charakteristikas.

Šios temos veiklą rodo faktas, kad beveik kiekvienais metais fizikai atranda sau naują neutrino savybių pusę. Kitą dieną žurnale Fizinės peržiūros raidės Buvo straipsnis su dar vienu eksperimentiniu rezultatu. Bendradarbiavimas "Super-Kamiokande", dirbantis su tuo pačiu pavadinimu Japonijos neutrinino jutikliu, praneša, kad pirmą kartą jis galėjo tiesiogiai užregistruoti medžiagos poveikį neutrinų svyravimų savybėms – vadinamąjį Mikheivo-Smirnovo-Wolfenstein efektą.Tiesą sakant, šis teoriškai prognozuojamas poveikis jau yra laikomas eksperimentiniu būdu įrodyta. Tačiau jo patvirtinimas iki šiol buvo netiesioginis – saulės gelmių poveikis saulės centre gimusių neutrinų savybėms. Dabar "Super-Kamiokande" teigia, kad šis poveikis pradeda pasirodyti, nes neutrinai praeina per Žemės storį. Detektorius mato, kad saulės neutrinų srautai, patenkantys į detektorių dieną ir naktį, pastebimai skiriasi, o tai rodo sausumos materijos įtaką neutrinų judėjimui.

Neutrino svyravimai ir TGD efektas

Istorija apie šį darbą turėtų prasidėti paaiškinimu, kas yra neutrinų svyravimai (taip pat žr. Įžanginių medžiagų parinkimą neutrino fizikoje). Fizikai – elektronai, miuonai ir tau neutrinai yra žinomi trijų rūšių neutrinų. Jie visi yra neutralūs ir turi keletą kitų panašių savybių, todėl jie gali sumaišyti tarpusavyje. Kiekvienas specifinis neutrinas neturi būti griežtai elektroninis ar griežtai muoniškas, bet gali egzistuoti jų derinyje: iš dalies elektroninis, iš dalies muoniškas. Ši galimybė yra neišvengiama kvantinės mechanikos pasekmė.Pasirodo, tai ne tik hipotetinė galimybė; neutrinai iš tikrųjų elgiasi taip. Be to, elektronų ar miuono neutrinų frakcija nėra fiksuota, bet keičiasi judėjimo metu. Kas atsirado nestabilios dalelės, kaip gryno muonio neutrinato, lūžio, judesio kryptimi įgauna tam tikrą "elektrono" dalį, o dar didesniu atstumu jis gali vėl tapti miuoniu ir tt Šis periodinis neutrinų tipo pokytis judant yra vadinamas neutrinu svyravimai (2 pav.).

Pav. 2 Neutrino svyravimų idėjos iliustracija. Du bangos su skirtingais dažniais yra du skirtingų masių neutrinų tipai. Priklausomai nuo to, ar jie suformuojami fazėje, ar priešpaskutiniame faze, bendras poveikis yra suvokiamas kaip elektronas ar miuonas neutrinas. Vaizdas iš fizikosworld.com

Neutrino svyravimai yra faktas, patvirtintas daugeliu neutrininių jutiklių. Svarbiausia svyravimų priežastis yra masių ir neutrinų rūšių disbalansas. Tam tikros masės neutrinai neturi jokios rūšies. Priešingai, tam tikros rūšies neutrinai (pavyzdžiui, elektronai) nėra tam tikros masės.Bet kur šis disbalansas atsiranda dėl neutrinų savybių – nėra žinoma, kad tai yra viena iš pagrindinių neutrinų paslapčių.

Naujasis bendradarbiavimas "Super-Kamiokande" straipsnyje yra ne tik apie neutrinų svyravimus, bet ir apie tai, kaip joms įtakos turi Žemės sluoksnis. Šis reiškinys jau yra subtilesnis ir vadinamas Mikheev-Smirnov-Wolfenstein Effect (MRV). MSV poveikis yra papildomai virpesiai, kurie susiduria su neutrinomis, kai jie judasi per tankią materiją. Tai yra šiek tiek panaši į tai, kas nutinka šviesai, kai ji plaukioja per skaidrią aplinką. Šviesa sąveikauja su terpės atomais, ir ši sąveika keičia šviesos bangos savybes – juda lėčiau. Netirbis medžiagoje veikia panašiai: jis sąveikauja su medžiagos elektronais ir šiek tiek keičia jo greitį. Šis poveikis veikia kitaip elektronų ir miuonų neutrinų (galų gale turime elektronų medžiagą, o ne miuonas!), O tai reiškia, kad jis keičia įvairių tipų neutrinų svyravimus: svyravimo ilgį ir intensyvumo pokyčius.

Tai yra paprasčiausias KRS poveikis, susijęs su neutrinų judesiu pastovaus tankio terpe; Tai buvo ji, kurią Wolfenstein aprašė savo 1978 m. Darbe.Norint apibūdinti neutrinų judėjimą per žemę, šis poveikis yra pakankamas. Antroji, įdomiausia ir svarbesnė šio poveikio versija yra staigus svyravimų svyravimai aplinkoje, kurioje sklandžiai kinta tankis. Tokios sąlygos egzistuoja Saulės viduje: neutrinai, gimę saulės gylyje, eina į išorę ir praeina per visą saulės elemento storį, palaipsniui mažėdamas tankis. Šis efektas 1986 m. Buvo aprašytas Mikhejevo ir Smirnovo, ir tai buvo tas, kuris pasirodė esminiu momentu sprendžiant saulės neutrinų mįslę.

"Saulės" versija MSV efekto iš tiesų buvo patvirtinta 2000-ųjų pradžioje. Tuo metu fizikai galiausiai galėjo matuoti visų rūšių neutrinų srautus, plaukiančius iš Saulės, ir buvo įsitikinę, kad rezultatai sutapo su teorija. Tačiau šis patvirtinimas, žinoma, yra netiesioginis. Saulė mums duodama vienoje kopijoje; mes negalime įdiegti kontrolės eksperimento – pašalinti visus Saulės sluoksnius, išskyrus labiausiai centrinę, ir patikrinti, kaip pasikeičia neutrinų srautas.

Žemė gali duoti tiesioginį TGS efekto patikrinimą – pakanka palyginti saulės neutrinų, patenkančių į montavimo dieną ir naktį, srautą.Dienos neutriniai nedelsdami patenka į detektorių iš tarpplanetinės erdvės (plonosios žemės atmosfera neįskaitoma), o naktiniai neutrinai pirmąsias tūkstančius kilometrų per žemyną patenka į jutiklį (3 pav.). Abiejose situacijose krintančių neutrinų skaičius yra vienodas, bet nakties neutrinai turi papildomą galimybę pasukti iš miuono į elektroninę. Kadangi "Super-Kamiokande" detektorius registruoja daugiausia elektroninius neutrinus, jis turėtų matyti naktinio neutrino srauto padidėjimą, palyginti su dienos srautu.

Pav. 3 Detektoriaus užregistruotas neutrinino srautas gali skirtis dieną ir naktį dėl to, kad kai neutrinai judės per žemę, jų tipas pasikeičia dėl MWE efekto. Čia spalvos rodyklės parodytos skirtingos neutrinų rūšys; ryškumas Stovai rodo atitinkamų neutrinų srauto intensyvumą. Čia rodomi pakeitimai yra aiškesni.

Teorija prognozuoja, kad neutrinų, kurių energija yra keletą MeV, poveikis turėtų būti mažas, aprašytai situacijai ji yra apie 3,3%. Dėl to, norint nustatyti, reikės sukaupti gana didelę neutrininių hitų statistiką, kitaip nedidelis skirtumas bus tiesiog nepastebimas statistikos svyravimų fone.Ir kadangi neutrinai yra neskaidri dalelės, nenuostabu, kad kol kas šis poveikis nebuvo aptiktas.

"Super-Kamiokande" rezultatas

"Super-Kamiokande" bendradarbiavimas pradėjo matuoti skirtumą tarp dienos ir nakties srauto gana ilgą laiką. Taigi savo 2004 m. Straipsnyje pateikiami šie rezultatai: naktinis srautas viršija dienos srautą (1,8 ± 1,6 ± 1,2)%, kai du nurodyti neapibrėžtumai atitinka statistines ir sistemines klaidas. Akivaizdu, kad toks rezultatas jokiu būdu nėra įrodymas norimos naudos tikrovei – nulis rezultatas taip pat visiškai sutinka su šiuo skaičiumi.

Kai kaupiami duomenys ir tobulinama metodika, klaida sumažėjo, o poveikis neišnyko. Nesename straipsnyje bendradarbiavimas yra rezultatas, gautas iš duomenų apie 18 metų darbo laikotarpį. Dabartinių ir naktinių srautų skirtumas yra dabar (3,2 ± 1,1 ± 0,5)%. Suderinus šį rezultatą su kito neutrininio detektoriaus SNO duomenimis, srauto skirtumas tampa dar aiškesnis: (2,9 ± 1,0)%. Šis skaičius jau beveik toks pat didelis kaip trys standartiniai nuokrypiai – riba, už kurią fizikai jau rimtai kalba apie poveikį.

Taigi MSV efektas, matyt, pagaliau tapo matomas tiesiai, o ne tik netiesiogiai. Tačiau galutinis atradimas bus paskelbtas tik tada, kai statistinė šio poveikio reikšmė pasieks 5 standartinius nukrypimus. Tam reikės dar vieno dešimtmečio duomenų rinkinio arba žymiai padidins detektoriaus dydį. Japonų grupė jau turi tokius planus. Ateinančiais metais prasidės "Hyper-Kamiokande" projekto įgyvendinimas, kuris bent jau tam tikru mastu turėtų pagerinti detektoriaus jautrumą papildomiems retiems procesams, įskaitant neutrinų registravimą. Kai jis bus pastatytas, per keletą mėnesių jis viršys dabartinį rezultatą.

Paskutinis dalykas, kuris yra naudingas pabrėžti, yra toks: kodėl fizikai stengiasi išmatuoti skirtumą neutrinų srautuose dieną ir naktį, jei viskas visiškai atitinka teoriją. Faktas yra tas, kad šis skirtumas priklauso nuo neutrinų savybių, o šios savybės yra žinomos daug blogiau nei kitų dalelių savybės. Taip yra dėl to, kad sunku užregistruoti neutrinus, ir dėl jų nesuderinamumo su kitomis dalelėmis. Neutrinos yra milijardai kartų lengvesni nei kitų dalelių, ir niekas nežino, kodėl; Tačiau dauguma fizikų įtaria, kad neutrinų masės įsigijimo mechanizmas yra visiškai kitoks, ne Higso metodas.Neutrinos sumaišomos viena su kita, tačiau jų maišymo parametrai yra žinomi su didelėmis klaidomis. Galiausiai visiškai nežinoma, ar netiesinio proceso metu pažeidžiama CP simetrija – atitinkama vertė dar nėra išmatuojama. Fizikai jaučia, kad neutrinai gali jiems pasakyti daugybę įdomių dalykų, todėl jie visais bando paaiškinti savo parametrus. Tai yra vienas iš būdų tiksliai matuoti dienos ir nakties neutronų srauto skirtumą.

Šaltinis: "Super-Kamiokande" bendradarbiavimas. Pirmoji sausosios medžiagos poveikio indikacija į saulės neutriną svyravimus // Fiz. Rev. Lett. 112, 091805 (2014 m.); Straipsnis yra laisvai prieinamas elektroninių spaudinių archyve kaip arXiv: 1312.5176 [hep-ex].

Taip pat žiūrėkite:
1) M. Schirber. Focus: Neutrinos naktį šviesesnės // Fizika 7, 24 (2014 m.) – turima istorija apie šį tyrimą.
2) S. P. Михеев, A. J. Смирнов. Neutrino rezonanso svyravimai medžiagoje // UFN 153, 3 (1987).
3) S. S. Герштейн. Saulės neutrinų paslaptys // Soros Educational Journal, vol. 8 (1997).
4) R. Davisas (Jr.). Pusę amžiaus su saulės neutrina // UFN 174, 408 (2004) ir M. Koshiba. Neutrino astrofizikos gimimas // UFN 174, 418 (2004) – Nobelio paskaitos.
5) L. A. Кузьмичев. Neutrino astrofizika, INP MU elektroninio vadovėlio skyrius.

Igoris Ivanovas


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

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