Fiziklar, laureatlar 2015 yil Nobel mukofoti, hodisani kashf etdi, mos kelmaydigan umumiy qabul qilingan bilan Elementar zarrachalarning standart modeli. Bir-biridan mustaqil ravishda ular buni eksperimental ravishda tasdiqladilar neytrinolarning massasi bor. Elementar zarrachalar massalarini hosil qilishning Xiggs mexanizmi bu hodisani tushuntirib bera olmaydi. Standart modelga ko'ra, neytrinolarning massasi bo'lmasligi kerak.

Ko'p savollar tug'iladi va yangi tadqiqotlar uchun keng maydon ochiladi.

Qaytib kiring 60-lar o'tgan asr Bruno Pontecorvo, mashhur italyan va Sovet(ko'chib kelgan SSSR 1950 yilda) fizik, kim ishlagan Birlashgan yadroviy tadqiqotlar instituti V Dubna, neytrinolarning massasi borligini taklif qildi va bu gipotezani sinab ko'rish uchun tajriba o'tkazish g'oyasini taklif qildi. Neytrinolarda massa mavjudligini ularning tebranishlarini kuzatish orqali isbotlash mumkin. Tebranishlar tizim holatida takrorlanadigan jarayonlardir.

Neytrinolar uchun bu uch turdagi neytrinolarning takroriy o'zgarishi(elektron, muon va tau neytrinolar) bir-biriga kiradi. Nazariyadan kelib chiqadiki, tebranish davrlarining davomiyligi bir turdan ikkinchisiga o'tadigan neytrino massalarining kvadratlaridagi farq bilan belgilanadi. Elektron neytrino eng kichik massaga ega, muon neytrino biroz ko'proq, tau neytrino esa undan ham ko'proq deb hisoblangan. Tebranishlarni kuzatish orqali massalar kvadratlaridagi farqni taxmin qilish va shu orqali neytrino massalari mavjudligini isbotlash mumkin, ammo bu tajribada har bir turdagi neytrino massalarining qiymatini alohida baholash mumkin emas.

Nobel mukofoti laureati Artur MakDonald Kanadadagi Sadberi Neytrino rasadxonasida quyosh neytrinolari oqimini o'rgangan. Quyoshdan keladigan neytrino oqimlari dunyoning turli er osti rasadxonalarida ko'p marta o'rganilgan va har doim ma'lum bo'lgan. kuzatilgan neytrino oqimi kutilganidan uch baravar kam. Kutilayotgan oqim quyosh yadrosida sodir bo'ladigan termoyadro reaktsiyalaridan neytrino hosildorligiga muvofiq baholandi. Bu reaksiyalar natijasida Quyoshdan elektron neytrinolar oqimi oqib chiqadi. Aynan shu turdagi neytrinolar detektorlar aniqlay olishdi. Neytrinolar Quyoshdan yo'lda elektrondan boshqa turlarga o'tishi mumkinligi uzoq vaqtdan beri taxmin qilingan. Artur MakDonald barcha uch turdagi neytrinolarning oqimlarini kuzatishga muvaffaq bo'ldi va ular umuman kutilgan narsaga mos kelishini ko'rsatdi. Tebranishlar davri neytrinolar oqimining Quyoshdan Yerga oʻtishi uchun zarur boʻlgan vaqtdan qisqaroq ekanligi koʻrsatildi va bu vaqt ichida koʻp sonli elektron neytrinolar muon va tauga aylana oladi. Shunday qilib, tebranishlar jarayoni eksperimental ravishda kashf qilindi va shuning uchun neytrinoning massasi borligi tasdiqlandi.

Nobel mukofoti laureati Takaaki Xajiit Super-Kamiokande neytrino teleskopida yuqori energiyali neytrinolarning kuzatuvlarini o'tkazdi. Koinot nurlarining ta'siri natijasida Yer atmosferasida yuqori energiyali neytrinolar paydo bo'ladi. Tajriba detektorga to'g'ridan-to'g'ri atmosferadan kelgan neytrinolar oqimini neytrinolar oqimi bilan solishtirishdan iborat edi. qarama-qarshi tomon Yer, Yerning butun qalinligi bo'ylab detektorga o'tadi. Ma'lum bo'lishicha, ikkinchi oqimda muon neytrinolarining bir qismi elektronga aylangan. Shunday qilib, neytrino oqimlarida tebranishlar sodir bo'lishi mustaqil ravishda isbotlangan va shuning uchun neytrinolar massaga ega.

Aslida, jarayonlarning o'zi ham, ularning kuzatuvlari ham ushbu matnda tasvirlanganidan ko'ra murakkabroqdir.

Takaaki Kajita va Artur B. MakDonald

2015 yilgi fizika bo'yicha Nobel mukofoti neytrino tebranishlarini kashf etgani uchun berildi. Mukofot g'oliblari kanadalik olimlar Artur B. Makdonald va yaponiyalik Takaaki Kajita bo'ldi.

Ular uchun muhim hissasi neytrinolarning holatini o'zgartirishi mumkinligini ko'rsatadigan tajribalarda. Ushbu metamorfoz neytrinolarning massaga ega bo'lishini talab qiladi. Olimlarning kashfiyoti materiya haqidagi tushunchamizni o‘zgartirdi va koinot haqidagi tushunchamizni keskin o‘zgartirishi mumkin, dedi Nobel qo‘mitasi.

McDonald Kaliforniya Texnologiya Instituti (AQSh) professori va Queen's Universitetining (Kanada) faxriy professori. Takaaki Kayta Kosmik nurlar tadqiqot institutiga rahbarlik qiladi va Tokio universiteti professori.

O'tkan yili Nobel mukofoti fizika bo'yicha Isamu Akasaki (Yaponiya), Xiroshi Amano (Yaponiya) va Shuji Nakamura (AQSh) energiya tejamkor va ekologik toza yorug'lik manbai - ko'k yorug'lik chiqaradigan diod (LED) ixtirosi uchun taqdirlandi. Olimlarning ixtirosi an'anaviy lampochkalarga samarali muqobildir.

Fizika bo'yicha eng ko'p sovrinlar elementar zarralar bo'yicha tadqiqotlar uchun berildi (34), yilda yadro fizikasi(28), kondensatsiyalangan moddalar fizikasi (28) va kvant mexanikasi(11), deb xabar beradi BBC. Eng mashhur Nobel mukofoti laureati barcha zamonlar, fanlar va xalqlar Albert Eynshteynga aylandi. 1921 yilda u fizika bo'yicha Nobel mukofotiga sazovor bo'ldi - ta'kidlanganidek, nazariy fizika sohasidagi xizmatlari, xususan, fotoelektr effektini kashf etgani uchun.

Shuni qo'shimcha qilish kerakki, neytrino tebranishlari foydasiga dastlabki dalillarning barchasi "yo'q bo'lib ketish tajribalarida" olingan. Bu biz oqimni o'lchaydigan, kutilganidan kuchsizroq ekanligini ko'radigan va biz izlayotgan neytrinolar boshqa xilma-xillikka aylanganini taxmin qiladigan tajribalar turi. Ishonchliroq bo'lish uchun siz xuddi shu jarayonni bevosita, neytrinolarning "paydo bo'lishi bo'yicha tajriba" orqali ko'rishingiz kerak. Bunday tajribalar hozir ham o'tkazilmoqda va ularning natijalari yo'q bo'lib ketish tajribalari bilan mos keladi. Misol uchun, CERNda 732 km uzoqlikda joylashgan Italiya Gran Sasso laboratoriyasi yo'nalishi bo'yicha kuchli muon neytrinolar nurini "otadigan" maxsus tezlatkich liniyasi mavjud. Italiyada o'rnatilgan OPERA detektori ushbu oqimda tau neytrinolarni qidiradi. Besh yillik faoliyati davomida OPERA allaqachon beshta tau neytrinosini ushladi, shuning uchun bu ilgari kashf etilgan tebranishlarning haqiqatini aniq isbotlaydi.

Ikkinchi harakat: Quyosh anomaliyasi

Neytrino fizikasining hal qilishni talab qiladigan ikkinchi siri quyosh neytrinolariga tegishli edi. Neytrinolar Quyoshning markazida tug'iladi termoyadro sintezi, ular Quyosh porlayotgan reaktsiyalarga hamroh bo'ladi. Zamonaviy astrofizika tufayli biz Quyoshning markazida nima sodir bo'lishini yaxshi bilamiz, ya'ni u erda neytrino ishlab chiqarish tezligini va ularning Yerga etib borishini hisoblashimiz mumkin. Ushbu oqimni eksperimental tarzda o'lchab (6-rasm) biz birinchi marta Quyoshning markaziga to'g'ridan-to'g'ri qarashimiz va uning tuzilishi va ishlashini qanchalik yaxshi tushunishimizni tekshirishimiz mumkin.

Quyosh neytrinolarini aniqlash bo'yicha tajribalar 1960-yillardan boshlab amalga oshirildi; 2002 yilgi fizika bo'yicha Nobel mukofotining bir qismi aynan shu kuzatishlar uchun berilgan. Quyosh neytrinolarining energiyasi MeV yoki undan kam bo'lganligi sababli, neytrino detektori ularning yo'nalishini aniqlay olmaydi, faqat neytrinolar keltirib chiqaradigan yadroviy o'zgarishlar sonini qayd qiladi. Va bu erda ham darhol muammo paydo bo'ldi va asta-sekin kuchayib bordi. Misol uchun, taxminan 25 yil davomida ishlagan Homestake tajribasi shuni ko'rsatdiki, tebranishlarga qaramay, u qayd etgan oqim astrofiziklar bashorat qilganidan o'rtacha uch baravar kam edi. Ushbu ma'lumotlar 90-yillarda boshqa tajribalar, xususan Gallex va SAGE tomonidan tasdiqlangan.

Detektorning to'g'ri ishlayotganiga ishonch shunchalik katta ediki, ko'plab fiziklar astrofizik nazariy bashoratlar qayerdadir muvaffaqiyatsizlikka uchraganiga ishonishga moyil edilar - jarayonlar Quyoshning markazida juda murakkab edi. Biroq, astrofiziklar modelni takomillashtirib, bashoratlarning ishonchliligini talab qilishdi. Shunday qilib, muammo davom etdi va tushuntirishni talab qildi.

Albatta, bu erda ham nazariyotchilar uzoq vaqtdan beri neytrino tebranishlari haqida o'ylashgan. Quyoshning ichki qismidan yo'lda ba'zi elektron neytrinolar muon yoki tauga aylanadi deb taxmin qilingan. Homestake va GALLEX kabi eksperimentlar o'zlarining dizayni tufayli faqat elektron neytrinolarni ushlaganligi sababli ular kam hisoblangan. Bundan tashqari, 70-80-yillarda nazariyotchilar Quyosh ichida tarqaladigan neytrinolar vakuumga qaraganda biroz boshqacha tebranishi kerakligini bashorat qilishgan (bu hodisa Mixeev-Smirnov-Volfenshteyn effekti deb nomlangan), bu ham quyosh anomaliyasini tushuntirishga yordam beradi.

Quyosh neytrinolari muammosini hal qilish uchun oddiy ko'rinadigan ishni qilish kerak edi: barcha turdagi neytrinolarning to'liq oqimini, shuningdek, alohida elektron neytrinolar oqimini ushlay oladigan detektorni qurish. Shunda Quyosh ichida hosil bo‘lgan neytrinolar yo‘q bo‘lib ketmasligiga, shunchaki ularning turini o‘zgartirishiga ishonch hosil qilish mumkin bo‘ladi. Ammo neytrinolarning past energiyasi tufayli bu muammoli edi: ular muon yoki tau leptonga aylana olmaydi. Bu shuni anglatadiki, biz ularni boshqa yo'l bilan izlashimiz kerak.

Super-Kamiokande detektori bu muammoni atom elektronlariga neytrinolarning elastik sochilishi va elektron qabul qilgan orqaga qaytishni qayd etish orqali hal qilishga harakat qildi. Bunday jarayon, qoida tariqasida, barcha turdagi neytrinolarga sezgir, ammo zaif o'zaro ta'sirning o'ziga xos xususiyatlaridan kelib chiqqan holda, unga katta hissa elektron neytrinolardan keladi. Shuning uchun umumiy neytrino oqimiga sezgirlik zaif bo'lib chiqdi.

Va bu erda yana bir neytrino detektori, SNO hal qiluvchi so'zni aytdi. Unda Super-Kamiokandedan farqli o'laroq, u oddiy emas, balki deyteriyli og'ir suvdan foydalangan. Deyteriy yadrosi deytron proton va neytronning zaif bog'langan tizimidir. Energiyasi bir necha MeV bo'lgan neytrino ta'siridan deytron proton va neytronga parchalanishi mumkin: \(\nu + d \to \nu + p + n\). Zaif o'zaro ta'sirning neytral komponenti (tashuvchisi - Z-bozon) tufayli yuzaga kelgan bu jarayon har uch turdagi neytrinolarga nisbatan bir xil sezgirlikka ega va u neytronni deyteriy yadrolari tomonidan tutilishi va emissiyasi bilan osongina aniqlanadi. gamma kvant. Bundan tashqari, SNO sof elektron neytrinolarni deytronning zaryadlangan komponent tufayli yuzaga keladigan ikkita protonga bo'linishi orqali aniqlay oladi, \(\nu_e + d \to e + p + p\). zaif o'zaro ta'sirlar(tashuvchi - W-bozon).

SNO hamkorligi 1998 yilda statistik ma'lumotlarni to'plashni boshladi va etarli ma'lumot to'plangandan so'ng, u 2001 va 2002 yillardagi ikkita nashrda umumiy neytrino oqimi va uning elektron komponentini o'lchash natijalarini taqdim etdi (qarang: n tezligini o'lchash e +d→p+p+e B Va ). Va qandaydir tarzda hamma narsa birdan joyiga tushdi. Jami neytrino oqimi aslida quyosh modeli bashorat qilgan narsaga mos keldi. Elektron qism haqiqatan ham oldingi avlodning ko'plab eksperimentlari bilan kelishilgan holda, ushbu oqimning faqat uchdan bir qismi edi. Shunday qilib, quyosh neytrinolari hech qayerda yo'qolmadi - oddiygina, Quyosh markazida elektron neytrinolar ko'rinishida tug'ilib, ular Yerga yo'lda boshqa turdagi neytrinolarga aylandi.

Uchinchi harakat, davom eting

Keyin, asrning boshida, boshqa neytrino tajribalari o'tkazildi. Garchi fiziklar neytrinolarning tebranishini uzoq vaqtdan beri gumon qilishgan bo'lsa-da, aynan Super-Kamiokande va SNO rad etib bo'lmaydigan dalillarni keltirdilar - bu ularning ilmiy xizmatlari. Ularning natijalaridan so'ng neytrino fizikasida to'satdan fazaviy o'tish sodir bo'ldi: hammani qiynagan muammolar yo'qoldi va tebranishlar nafaqat nazariy fikrlash, balki eksperimental tadqiqot mavzusiga aylandi. Neytrino fizikasi portlovchi o'sishni boshdan kechirdi va hozirda zarralar fizikasining eng faol sohalaridan biri hisoblanadi. U erda muntazam ravishda yangi kashfiyotlar qilinadi, butun dunyo bo'ylab yangi eksperimental qurilmalar - atmosfera, kosmik detektorlar, reaktor, tezlashtiruvchi neytrinolar ishga tushiriladi va minglab nazariyotchilar o'lchangan neytrino parametrlarida yangi fizikaning maslahatlarini topishga harakat qilmoqdalar.

Ertami-kechmi, aynan shunday izlanishlar natijasida standart model o'rnini bosadigan, bir nechta kuzatishlarni birlashtiradigan va neytrino massalari va tebranishlarini tabiiy ravishda tushuntirishga imkon beradigan ma'lum bir nazariyani topish mumkin bo'lishi mumkin. qorong'u materiya, va bizning dunyomizdagi materiya va antimateriya o'rtasidagi assimetriyaning kelib chiqishi va boshqa sirlar. Neytrino sektori ushbu qidiruvda asosiy o'yinchiga aylangani, asosan, Super-Kamiokande va SNO bilan bog'liq.

Manbalar:
1) Super-Kamiokande hamkorlik. Atmosfera neytrinolarining tebranishini isbotlovchi dalillar // fizika. Rev. Lett. V. 81. 1998 yil 24 avgustda nashr etilgan.
2) SNO hamkorligi. n stavkasini o'lchash e +d→p+p+e− 8 tomonidan ishlab chiqarilgan oʻzaro taʼsirlar B Sadberi Neytrino rasadxonasidagi quyosh neytrinolari // fizika. Rev. Lett. V. 87. 2001 yil 25 iyulda nashr etilgan.
3) SNO hamkorligi. Sadberi Neytrino rasadxonasida neytral oqim o'zaro ta'siridan neytrino lazzatining o'zgarishining to'g'ridan-to'g'ri dalillari // fizika. Rev. Lett. V. 89. 2002 yil 13 iyunda nashr etilgan.

MOSKVA, 6 oktyabr - RIA Novosti. Neytrino tebranishlarini kashf etgani uchun yaponiyalik Takaaki Kajita bilan birga 2015 yilgi Nobel mukofotini olgan kanadalik fizik Artur MakDonald neytrinolarning aniq massasini o'lchashni orzu qiladi, bu esa olimlarga koinotning paydo bo'lishi sirini ochishga imkon beradi. Stokgolmdagi matbuot anjumanida.

"Ha, bizda neytrinolar nima ekanligi va ularning o'zgarishi fizikaning standart modeliga qanday mos kelishi haqida hali ko'p savollar bor, biz neytrinolarning massasi nima ekanligini hali bilmaymiz va hozir laboratoriyalarimizda tajribalar olib borilmoqda. unda biz uni hisoblab chiqishga va bu zarrachalarning boshqa turlari bor-yo‘qligini tushunishga harakat qilyapmiz”, dedi olim.

McDonald va Xajita 1998 yilda neytrino tebranishlari hodisasini kashf etgani uchun 2015 yilgi fizika bo'yicha Nobel mukofotini qo'lga kiritdi - bu qiyin zarrachalarning uch xil: elektron, muon va tau neytrinolari o'rtasida "almashtirish" qobiliyati.

Neytrinolar elektr neytraldir elementar zarralar natijasida paydo bo'ladi yadro reaksiyalari har xil turdagi, xususan yadro reaktorlari, yoki Quyoshda tug'iladi va kosmik nurlar bilan Yerga tushadi. Ular juda yuqori penetratsion qobiliyati bilan ajralib turadi. Neytrino yuzlab metr beton orqali ucha oladi va to'siqni "sezmaydi".

Har xil turdagi neytrinolarning bir-biriga aylanish qobiliyati bu zarrachaning massasi nolga teng bo'lmagan taqdirdagina mavjud bo'lishi mumkin. Koinotning massasini baholash va shuning uchun uning kelajakdagi taqdiri haqidagi g'oyalar neytrinolarda massa mavjudligiga bog'liq. Bundan tashqari, nolga teng bo'lmagan neytrino massasi koinotning materiyadan iboratligini va unda deyarli hech qanday antimateriya yo'qligini tushuntirishi mumkin, garchi hozirda katta portlash ikkalasining teng miqdori paydo bo'lishi kerak.

Makdonald va Xajitaning kashfiyoti 2015 yilning yozida, CERN fiziklari Shveytsariyadan Italiyaga mashhur OPERA detektori joylashgan muon neytrinolar oqimida beshinchi tau neytrinoni aniqlaganlarida, nihoyat tasdiqlandi, bu esa "superluminal neytrino" ni keltirib chiqardi. "2011 yildagi sensatsiya, tez orada rad etildi.

Endi neytrino tadqiqi natijalari qanday qo‘llanilishini oldindan aytib bo‘lmaydi, deydi mutaxassislar. Biroq, bu tadqiqotlar allaqachon ba'zi amaliy natijalarga ega yoki yaqin kelajakda kutilishi mumkin.

Rossiyalik olimlarning RIA Novosti agentligiga Science dushanba bir qismi sifatida maʼlum qilishicha, Yerning neytrinoskopiyalari yordamida Yerning ichki qismidagi togʻ jinslarini xaritaga tushirish, Antarktidadagi vulqon otilishi va muzlarning erishi tarixini oʻrganish, shuningdek, yadroviy stansiyalarning ishlashini kuzatish mumkin. elektr stantsiyalari va yadroviy qurol sinovlarini kuzatish.