Физика нейтрино
Категория реферата: Рефераты по физике
Теги реферата: новшество, рассказы
Добавил(а) на сайт: Kvasov.
Предыдущая страница реферата | 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 | Следующая страница реферата
Поэтому Дэвис расположил свою аппаратуру на глубине, эквивалентной
по массе вещества почти 4,5 км воды, в золотой шахте штата Южная Дакота. В подземном зале была установлена в горизонтальном положении цистерна с
3800 000 л перхлорэтилена (C2Cl4), окруженная со всех сторон слоем воды.
Этот слой дополнительно снижал поток фоновых частиц от стенок зала.
Система извлечения аргона из гелия и его очистки от посторонних примесей
занимала второй подземный зал. С большой изобретательностью был
- 46 -
сконструирован и миниатюрный (объемом менее 1 см3) счетчик, в котором происходила регистрация излучения от распада 37Ar.
Уже первые годы исследований принесли неожиданный результат.
Оказалась, что скорость счета нейтринных событий во много раз меньше, чем ожидали теоретики. Пришлось приступить к корректировке расчетных
моделей, но полного согласия теории и эксперимента добиться не удалось.
Сейчас, после многих лет кропотливых измерений, усредненный
экспериментальный эффект составляет ~ 30% от ожидаемого. Такое
несоответствие вызвало к жизни множество гипотез.
Одни из них относились к характеру термоядерных реакций и условиям их протекания в глубинах Солнца.
Другие касались природы нейтрино. Не может ли оно быть не
стабильным? Не существует ли у нейтрино необычного механизма потерь
энергии весьма малыми порциями так, что пока оно "пробирается" к
поверхности Солнца, его энергия уменьшается? Не переходит ли по дороге от
солнца к Земле один тип нейтрино ([pic]е), в другие
([pic][pic],[pic][pic]), такие к которым хлорный детектор не чувствителен, т.е. осциллируют. Гипотеза об осцилляциях была высказана Б.М. Понтекорво и
рассматривалась выше.
Стоит отметить, что, несмотря на обилие предположений, ни одно из них пока не получило сколько-нибудь надежного подтверждения. Загадка солнечных нейтрино остается открытой.
Огромные трудности регистрации [pic]е от Солнца, необходимость заглубления установки на километры водного эквивалента обусловили многолетнюю монополию группы Р. Дэвиса в этой области. Вместе с тем результаты опытов столь важны и, столь необычны, что требуют независимого подтверждения.
Исследования солнечных нейтрино в нашей стране должны были начаться
с вводом в эксплуатацию второй очереди Баксанской нейтринной обсерватории.
Их цель не просто проверить результаты опытов Дэвиса, но и провести
гораздо более полное изучение потока солнечных нейтрино с использованием
нескольких типов детекторов. Так, кроме хлор - аргонового метода, сейчас
развивается так называемый галлиево - германиевый : [pic]е + 71Ga [pic]
71Ge + e-. Порог этой реакции 0,231 МэВ. Она имеет высокую
чувствительность, к нейтрино основных солнечных циклов, поток которых, как считают астрофизики, может быть сосчитан с гораздо большей точностью, чем поток борных нейтрино. Используя этот процесс (одновременно с хлор -
аргоновым методом), можно надеяться разобраться в степени “виновности”
термоядерных
- 47 -
или самого нейтрино в "нехватке" солнечных нейтрино.
Как видно, нейтрино становиться уникальным инструментом для
наблюдения за небесными телами. Родилась новая наука - нейтринная
астрофизика. И в ее создании весомый вклад отечественных ученых: Г.Т.
Зацепина, Я.Б. Зельдовича, М.А. Маркова, Б.М. Понтекорво, А.Е. Чудакова и
многих других.
- 48 -
7. НЕЙТРИНО И АСТРОФИЗИКА.
Физические свойства нейтрино, и особенно наличие у нейтрино массы интересно и важно не только для физики микромира, но и для астрофизики.
Мы коснемся только одного вопроса - о связи между массой нейтрино и плотностью вещества во вселенной.
Как ранее упоминалось, согласно экспериментальным данным, полученным
в ИТЭФе, нейтрино в 20 000 раз легче электрона и в 40 миллионов раз легче
протона. Почему же теоретики считают, что эта легчайшая, ни с чем не
взаимодействующая частица должна играть определяющую роль во Вселенной?
Ответ прост: во Вселенной очень много реликтовых нейтрино. В кубическом
сантиметре их в среднем более, чем в миллиард раз больше, чем протонов, и, несмотря на ничтожную массу, в сумме нейтрино оказываются главной
составной частью массы материи во Вселенной. Нетрудно подсчитать, что если
масса покоя электронных нейтрино равна 5 * 10-32 г, то только их средняя
плотность (не учитывая нейтрино других сортов) составляет примерно 10-29
г/см3, а это примерно в 30 раз превышает плотность всего другого, "не
нейтринного" вещества. И, значит, именно тяготение нейтрино должно быть
главной действующей силой, определяющей кинематику расширения Вселенной
сегодня. Обычное вещество по массе, а значит, и по гравитационному действию
составляет только 3% "примеси" к основной массе Вселенной - к массе
нейтрино. Можно поэтому смело сказать, что Вселенная состоит в основном из
нейтрино, что мы живем в нейтринной вселенной.
Этот вывод имеет интересное следствие.
Важнейшим вопросом, касающимся эволюции Вселенной, является вопрос о
том, будет ли вечно продолжаться ее расширение. Ответ зависит от того, чему равна средняя плотность материи во Вселенной: если плотность
материи больше некоторого критического значения[pic]крит, то тяготение этой
материи через какое-то время затормозит расширение Вселенной и заставит
галактики сближаться друг с другом - Вселенная сменит расширение на сжатие.
Если же плотность меньше критического значения [pic]крит, тогда
тяготения материи недостаточно для того, чтобы остановить расширение, и
Вселенная будет расширяться вечно.
Критическая плотность, по современным оценкам, равна [pic]крит ~
10-29 г/см3. Еще недавно считалось, что основную долю плотности во
Вселенной составляет обычное вещество, для которого
[pic]крит ~ 10-31 г/см3. Это
- 49 -
означало, что [pic]вещ-ва < [pic]крит и Вселенная должна расширяться
вечно. Теперь же есть веские основания считать, что плотность только
реликтовых электронных нейтрино примерно равна критической[pic][pic] ~ 10-
29 г/см3 ~ [pic]крит . Следует вспомнить, что, помимо реликтовых
электронных нейтрино, есть еще мюонные и тау - нейтрино. Об их массе покоя ничего не известно из прямых экспериментов, однако, из теории и
косвенных экспериментов следует, что если отлична от нуля масса покоя
электронных нейтрино, то, вероятно, отлична от нуля и масса покоя других
сортов нейтрино. Причем, вероятно, массы покоя других сортов нейтрино не
меньше массы покоя электронных нейтрино. Если это учесть, то средняя
плотность материи во Вселенной окажется больше критической. А это
значит, что в далеком будущем, скорее всего через многие миллиарды лет, расширение Вселенной смениться сжатием, и причиной этого "сильнейшего"
вывода оказалась "слабейшая" из частиц - нейтрино.
Обратимся к вопросу о происхождении структуры Вселенной. В начале
ее расширения вещество представляло собой почти однородную расширяющуюся
горячую плазму. Почему же эта однородная плазма на некотором этапе
распадалась на комки, которые развились в небесные тела и их системы?
Как появились зачатки скоплений галактик?
Согласно мнению большинства специалистов, подобный процесс происходит из-за гравитационной неустойчивости: маленькие случайные начальные сгустки вещества, своим тяготением стягивают вещество и за счет этого усиливаются - сгущаются и разрастаются. Эти сгустки вещества при определенных условиях могут вырасти в большие комки, дающие начало скоплениям галактик. Основы теории описывающей этот процесс, были сформулированы еще в 1946 г. отечественным физиком Е.М. Лившицем.
Теперь мы можем считать, что во Вселенной тяготение нейтрино оказывается важнейшим фактором, и именно это тяготение надо, прежде всего, учитывать при анализе роста неоднородностей вещества под действием гравитационной неустойчивости.
Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: дипломы курсовые, конспект урока изложения.
Предыдущая страница реферата | 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 | Следующая страница реферата