Cum fizicienii experimentali "capturau" neutrinii
Pentru a prinde evazivul, pentru a fixa efectul cauzat de un neutrino liber - asta era ceea ce era necesar pentru dovada finală a existenței acestei particule misterioase.
Complexitatea problemei a fost explicată de puterea enormă de penetrare așteptată pentru neutrino. Sincer, acest lucru nu a fost specificat explicit la începutul acestui articol, pentru a nu determina cititorul să nu aibă încredere. Dar acum vorbim despre experimente care ne-au permis să "capturăm" neutrini și am demonstrat că într-adevăr teoretic i-au atribuit proprietăți uimitoare. Și acum putem spune că neutrinii pot penetra în mod liber, de exemplu, prin placa de fier, grosimea care este de miliarde de ori mai mare decât distanța de la Pământ la soare!
Cu alte cuvinte, prin grosimea kilometrului materiei solide, este necesar să sărind un milion de miliarde de neutrini, astfel încât cel puțin una dintre ele să producă un efect.
Și totuși, această problemă aparent insolubilă a fost rezolvată. Este clar că este nerealist să lăsăm un neutrino să treacă prin grosimea astronomică a substanței, astfel încât să reacționeze cu o probabilitate mare. Este mai practic să săriți numărul astronomic de neutrini printr-un rezonabil, de exemplu, metru, grosime de materie lichidă sau solidă.
Acest lucru a fost ajutat de dezvoltarea rapidă a fizicii neutronilor, legată de descoperirea și dezvoltarea tehnică a energiei atomice.
Este bine cunoscut faptul că reactoarele nucleare au o mare importanță în știință și practică - dispozitive în care are loc fisiunea nucleilor de uraniu de către neutroni. În fiecare act de fisiune se formează mai multe nuclee beta-radioactive. Și dacă ipoteza cu privire la existența neutrinilor este valabilă, atunci în decăderile unor astfel de nuclee neutronii trebuie să se supună transformărilor conform schemei familiare nouă:
Prin urmare, reactoarele puternice ar trebui să fie surse intense de antineutrinos.
Ca un exemplu, ia în considerare un reactor atomic cu o capacitate de 300.000 kilowați. Aceasta este o capacitate foarte mare. Fiecare al doilea astfel de reactor emite circa 5 • 19 octombrie și anume mai mult de 10 miliarde de miliarde de antineutrinos. Cu toate acestea, este extrem de dificil să se detecteze "alunecarea" particulelor. O încercare de a fixa încălzirea materiei sub influența neutrinilor nu este în discuție. Pentru ca, să zicem, jumătate din energia purtată de acest flux de particule, eliberate ca masă absorbant de căldură 10 necesare 60 de tone, incomparabil mai mare decât masa solară.
Dar este posibilă înregistrarea evenimentelor individuale cauzate de antineutrinos. Fizicienii au prezis un proces nuclear curios, care, fără îndoială, poate fi cauzat de neutrini și antineutrinos, dacă există, este un proces, inversul dezintegrării beta.
Imaginați-vă că antineutrinul are loc cu un proton - nucleul unui atom de hidrogen. Ce se va întâmpla în acest caz? Teoria afirmă că vor exista cazuri în care antineutrinii și protonii se vor transforma în poziții și neutroni:
Probabilitatea acestui proces poate fi bine calculată. Și înregistrând-o într-un experiment, puteți testa simultan ipoteza existenței unui neutrino.
Desigur, pentru experiment este nevoie de o sursă foarte puternică de particule "evazive". Dar reactorul, pe care l-am menționat, cu o capacitate de 300.000 kilowați, este potrivit pentru acest scop. La o distanță de 10 metri de el, fluxul antineutrino așteptat pe fiecare centimetru pătrat este de aproximativ 10 13 particule pe secundă. Un astfel de flux de antineutrinos care bombardează o tonă de materie care conține hidrogen (cu alte cuvinte, o cantitate de protoni), prin calcul, ar trebui să producă aproximativ 100 de transformări de protoni pe neutron în fiecare oră.
Și această cunoaștere prealabilă sa împlinit. A fost confirmat într-un experiment strălucit, finalizat în 1957 de fizicienii americani Reines și Cowen. Antineutrinos a căzut într-un contor imens de scintilație - un rezervor cu o substanță conținând hidrogen, capabilă să emită un fulger de lumină (scintilație) atunci când o particulă încărcată electric trece prin el. Fiecare astfel de bliț a fost înregistrat de fotocelule.
Experimentul a fost după cum urmează. De îndată ce protonul, care avea un destin extrem de rar să se întâlnească cu antineutrinos, sa transformat într-un neutron și un pozitron, acesta din urmă a apărut și a fost înregistrat cu fotocelule. După un timp, neutronul a încetinit și, când a devenit destul de lent, a fost capturat de unul dintre nucleele atomice ale substanței contra. În același timp, s-au generat quanti de radiații electromagnetice, care au fost înregistrate în același scintilator. Astfel, fiecare interacțiune a unui antineutrino cu un proton a dus la două străluciri ale luminii. Unul dintre ei a fost reprimat imediat, iar celălalt - cu o anumită întârziere.
Experiența a fost extrem de dificilă. Este suficient să spunem că volumul scintilatorului este de aproximativ o mie de ori mai mare decât volumul obișnuit de dispozitive similare utilizate în lucrările de cercetare în domeniul fizicii nucleare. Acest lucru sa datorat faptului că, din cauza "inerției" antineutrinelor, un volum mai mic al dispozitivului ar conduce la un număr foarte mic de evenimente înregistrate.
Pregătirea și implementarea acestui experiment unic a durat mai mult de cinci ani.
Deci, "hoțul energiei" a fost prins în cele din urmă. Acum ocupă un loc ferm în familia blocurilor fundamentale ale materiei.
Din toate celelalte particule elementare, neutrina diferă interacțiunea extrem de slabă cu ele. Aceasta explică capacitatea astronomică de penetrare a neutrinilor. O astfel de interacțiune slabă poate fi de asemenea experimentată de toate celelalte particule elementare. Cu toate acestea, aceasta din urmă, pe lângă interacțiunile slabe, are și alte experiențe, incomparabil mai puternice, astfel încât capacitatea lor de penetrare să fie măsurată, de exemplu, doar cu zeci de centimetri de fontă.
Neutrinul este unic prin faptul că are doar o interacțiune slabă, cea mai pură reprezentantă a căreia este.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: