| 11652078 12288 3054 948 1них областей звезды (т. к. пробеги нейтрино в веществе значительно больше размеров звезды), и поэтому именно нейтринное излучение определяет скорость потери энергии такими звёздами. Примером является влияние гипотетич. электронно-нейтринного взаимодействия (предсказываемого универсальной теорией слабого взаимодействия; см. Нейтрино) на эволюцию ядра планетарных туманностей, учёт к-рого позволяет согласовать наблюдаемые данные о времени эволюции с теоретич. расчетами; в свою очередь, возможность такого согласования является аргументом в пользу существования этого взаимодействия.
Когда темп-га в центре звезды достигает значения ~ 1011К, пробег ve становится сравнимым с размерами звезды и при дальнейшем увеличении темп-ры звезда станозится непрозрачной для нейтрино. Поскольку, однако, пробеги нейтрино остаются ещё несравнимо большими пробегов фотонов, перенос энергии в звезде осуществляется посредством нейтринного газа (нейтринная теплопроводность) и потери энергии продолжают определяться нейтринным излучением. При темп-pax >=2х1011K звёзды становятся непрозрачными и для мюонных нейтрино . Такие стадии жизни звезды наиболее загадочны и интересны. Предполагается, что нейтринное излучение играет решающую роль в механизме взрыва сверхновых.
Развитие H. а. и нейтринной астрофизики обещает дать ценную информацию не только о строении небесных тел, но и о природе самого нейтрино и свойствах слабого взаимодействия.
Лит.: Нейтрино. Сб. ст., пер. с англ , M., 1970 (Современные проблемы физики); Б а к а л Д ж., Солнечные нейтрино, "Успехи физических наук", 1970, т. 101, в. 4, с. 739-53; Азимов А., Нейтрино-призрачная частица атома, пер. с англ., M., 1969, с. 92 - 105. Г. T. Зацепин, Ю. С.Копысов.
НЕЙТРИНО (итал. neutrino, уменьшительное от neutrone - нейтрон), электрически нейтральная элементарная частица с массой покоя много меньшей массы электрона (возможно равной нулю), спином 1/2 (в единицах постоянной Планка h) и исчезающе малым, по-видимому нулевым, магнитным моментом. H. принадлежит к группе лептонов, а по своим статистич. свойствам относится к классу фермионов. Назв. "Н." применяется к двум различным элементарным частицам - к электронному (ve) и к мюонному () Н. Электронным наз. H., взаимодействующее с др. частицами в паре с электроном е~ (или позитроном е+), мюонным - H., взаимодействующее в паре с мюоном (-, +). Оба вида H. имеют соответствующие античастицы: электронное (ve) и мюонное () антинейтрино. Электронные и мюонные H. принято различать с помощью сохраняющихся аддитивных лептонных квантовых чисел (лептонных зарядов) Le и L, при этом принимается, что Lе= + 1,L=0 для vе И Le = - 1,L = 0 для Ve,Le=0,L=+ 1 для V И Le=0,L = - 1 для V.
В отличие от др. частиц, H. обладают удивит, свойством иметь строго определённое значение спиральности - проекции спина на направление импульса: H. имеют левовинтовую спиральнослъ ( = -1/2), т. е. спин направлен против направления движения частицы, антинейтрино- правовинтовую (=+ 1/2), т. е. спин направлен по направлению движения.
H. испускаются при бета-распаде атомных ядер, К-захеате, захвате -ядрами и при распадах нестабильных элементарных частиц, гл. обр. пи-мезонов (+, -), К-мезонов и мюонов. Источниками H. являются также термоядерные реакции в звёздах.
H. принимают участие лишь в слабом взаимодействии и гравитац. взаимодействии и не участвуют в электромагнитном и сильном взаимодействиях. С этим связана крайне высокая проникающая способность H., позволяющая этой частице свободно проходить сквозь Землю и Солнце.
История открытия нейтрино
Гипотеза Паули. Открытие H. принадлежит к числу наиболее ярких и вместе с тем трудных страниц в физике 20 в. Прежде чем стать равноправным членом семьи элементарных частиц, H. долгое время оставалось гипотетич. частицей.
Впервые в экспериментальной физике H. проявилось в 1914, когда англ, физик Дж. Чедвик обнаружил, что электроны, испускаемые при -распаде атомных ядер (в отличие от -частиц и -KBBHTOB , испускаемых при др. видах радиоактивных превращений), имеют непрерывный энергетич. спектр. Это явление находилось в явном противоречии с теорией квантов, требовавшей, чтобы при квантовых переходах между стационарными состояниями ядер выделялась дискретная порция энергии (постулат Бора). Поскольку при испускании -частиц и -квантов это требование выполнялось, возникло подозрение, что при -распаде нарушается закон сохранения энергии.
В 1930 швейц. физик В. Паули в письме участникам семинара в Тюбингене сообщил о своей "отчаянной попытке" "спасти" закон сохранения энергии. Паули высказал гипотезу о существовании новой электрически нейтральной сильно проникающей частицы со спином 1/2 и с массой <=0,0l массы протона, к-рая испускается при -распаде вместе с электроном, что и приводит к нарушению однородности спектра -электронов за счёт распределения дискретной порции энергии (соответствующей переходу ядра из одного состояния в другое) между обеими частицами. После открытия в 1932 тяжёлой нейтральной частицы - нейтрона, итал. физик Э. Ферми предложил называть частицу Паули "нейтрино". В 1933 Паули сформулировал основные свойства H. в их совр. виде. Как выяснилось позже, эта гипотеза "спасла" не только закон сохранения энергии, но и законы сохранения импульса и момента количества движения, а также осн. принципы статистики частиц в квантовой механике.
Теория -распада Ферми. Гипотеза Паули естеств. образом вошла в теорию -распада, созданную Ферми в 1934 и позволившую описать явления электронного (-) и позитронного -(+) распадов и К-захвата. Появилась теоретическая возможность ввести два разных H.: антинейтрино, рождающееся в паре с электроном, и H., рождающееся в паре с позитроном.
В теории Ферми - (+)-распад есть превращение нейтрона n (протона р) внутри ядра в протон (нейтрон):
n -> p +e- + Ve, (1)
p -> n + е+ + e. (2)
С помощью теории Ферми была рассчитана форма спектра -электронов, оказавшаяся вблизи верхней границы энергии -электронов очень чувствительной к массе mv H. Сравнение теоретич. формы спектра с экспериментальной показало, что масса H. много меньше массы электрона (и, возможно, равна нулю). Теория Ферми объяснила все осн. черты -распада, и её успех привёл физиков к признанию H. Однако сомнения в существовании этой частицы ещё оставались.
Эксперименты по обнаружению нейтрино. Известны две возможности экспериментального обнаружения H. Первая - наблюдение обратного -распада - впервые рассмотрена X. Бете и P. Пайер-лсом в 1934. Обратным -распадом наз. реакции (существование к-рых следует из теории Ферми): n + ve -> p + е-, (Г) p+Ve -> n + е+, (2') происходящие как на свободных, так и на связанных в ядрах нуклонах. Оценка вероятности (сечения) поглощения H. дала поразительный результат: в твёрдом веществе H. с энергией, характерной для -распада, должно пройти расстояние порядка сотен световых лет, прежде чем будет захвачено ядром. В 30-40-х гг. обнаружить такую частицу казалось вообще невозможным.
Другой путь - наблюдение отдачи ядра в момент испускания H.-впервые рассмотрен сов. физиком А. И. Лейпунским. В 1938 А. И. Алиханов и А. И. Алиханьян предложили использовать для этой цели реакцию К-захвата в 7Be: ядро 7Be захватывает электрон из К-оболочки атома и испускает H., превращаясь в ядро 7Li, 7Ве(е-, ve)7Li; при этом, если H.- реальная частица, 7Li получает импульс, равный и противоположный по знаку импульсу H. Первый успешный опыт с этой реакцией был выполнен амер. физиком Дж. Алленом в 1942. Оказалось, что энергия отдачи ионов 7Li согласуется с теоретич. значением (в предположении нулевой массы H.). Последующие опыты с большей точностью подтвердили этот результат. Существование H. стало экспериментальным фактом. В физике появилась новая частица, все свойства к-рой были определены 'из косвенных экспериментов.
Обнаружение свободного H. в процессе обратного -распада стало возможным после создания мощных ядерных реакторов и больших водород-содержащих сцинтилляционных детекторов. В реакторе в результате --распада осколков деления урана испускаются антинейтрино с энергией до 10 Мэв, . в среднем 6 частиц на 1 деление. Поток антинейтрино от мощного реактора составляет (вблизи реактора) ок. 1013 частиц на 1 см2в 1 сек.
Эксперимент по прямому детектированию Ve впервые был осуществлён в 1953 в США Ф. Райнесом и К. Коуэном на реакторе в Хэнфорде. Регистрировалась реакция (2') на водороде, входящем в состав сцинтилляционной жидкости с добавкой соли кадмия, сильно поглощающего нейтроны. С помощью техники запаздывающих совпадений удалось выделить из фона характерную цепочку событий, вызываемых антинейтрино: позитрон, рождающийся в реакции (2'), аннигилируя с электроном, испускает два -кванта, к-рые производят первую сцинтилляционную вспышку; через 5 - 10 мксек за ней следует вторая вспышка от -квантов, испущенных ядром кадмия в результате захвата нейтрона, образевавшегося в реакции (2') и замедлившегося в водородсодержащей жидкости. В 1956-59 опыт был повторен в лучших условиях (рис. 1). Было получено сечение = (11 ± 2,6)·10-44 см2.
Рис. 1. Схема опыта Ф. Райнеса и К. Коуэна (1958) на реакторе в Саванна-Рнвер, США: / - жидкий сцинтилляционный детектор (1400 л) для регистрации антинейтрино; 2 - сцинтилляционный детектор для регистрации фона космических лучей, включённый на антисовпадения с детектором 1; 3 - две труппы фотоумножителей, включённые на совпадение; 4 - электронная аппаратура; 5 - двух лучевой осциллограф; 6 - свинцовый и парафиновый экраны для защиты от излучений реактора.
Теоретич. величина сечения (усреднённого по спектру антинейтрино) в предположении двухкомпонентного H. (см. ниже) равна (10-14)·10-44 см2. Эти опыты окончательно подтвердили существование свободного H.
Основные свойства нейтрино
Нейтрино и антинейтрино. Представление о H. и антинейтрино возникло чисто теоретически. Однако доказательство того, что эти частицы действительно разные, не может быть получено в рамках самой теории. Поскольку H. не имеет электрич. заряда, не исключено, что H. по своим свойствам тождественно антинейтрино, т. е. является истинно нейтральной частицей; такое H. впервые было рассмотрено итал. физиком Э. Майорана и поэтому наз. "майорановским". В 1946 Б. M. Понтекорво предложил для экспериментального решения этой проблемы использовать реакцию превращения 37Cl в 37Ar. Из существования распада 37Ar(e-,ve)37Cl следует реакция
[1729-1.jpg]
Если ve и ve не тождественны, то реакция 37Cl + ve -> 37Ar + е-(*), аналогичная реакции (3), при облучении 37Cl пучком антинейтрино от реактора не должна наблюдаться. В эксперименте, осуществлённом амер учёным P. Дейвисом в 1955-56 на четырёххлористом углероде, реакцию (*) не удалось обнаружить. Этот результату доказывает нетождественность ve и ve (и, следовательно, является основой для введения сохраняющегося лептонного числа Le).
Электронные и мюонные нейтрино. После открытия мюонов, - и К-мезонов было установлено, что распад этих частиц также сопровождается вылетом H.: ±->e±+ + , ±->± + , К±->±+. В 1957 M. А. Марков, Ю.Швингер и К.Нишиджима высказали предположение, что H., рождающееся в паре с мюоном (), отлично от H., рождающегося в паре с электроном (ve). Возможность проверки этих ассоциативных свойств H. с помощью ускорителей высокой энергии рассматривалась в СССР M. А. Марковым и Б. M. Понтекорво. Успешные опыты были осуществлены в 1962 на Брукхейвенском ускорителе в США и в 1964 в Европ. центре ядерных исследований (в ЦЕРНе). Было показано, что под действием H. от распадов +-> + ; K+->++v (4) происходит только реакция +n->p + -. Реакция +n -> p + е- не была найдена; это означает, что H. от реакций (4) не рождают электроны. T. о., было доказано существование двух разных H.- иve.
В 1964-67 в аналогичных опытах было установлено, что при столкновении с ядрами рождает - и не рождает +, т. e. мюонные нейтрино и антинейтрино также не тождественны и необходимо ввести ещё одно сохраняющееся лептонное число L.
Спиральность и лептонные числа нейтрино. До открытия несохранения четности в -распаде считалось, что H. описывается волновой функци |
