
<< 7.3 Dva tipa energeticheskih ... | Oglavlenie | 8. Vvedenie v OTO >>
7.4 Rol' neitrino v evolyucii zvezd
Vyshe my uzhe otmechali kachestvennoe otlichie processov s rozhdeniem neitrino ot drugih
mehanizmov poter' energii. Rozhdayas' neitrino prakticheski besprepyatstvenno uhodyat
iz zvezdy i navsegda unosyat s soboi energiyu. Kak i ostal'nye processy (dissociaciya
yader, rozhdenie par i pr.), neitrinnye processy soprovozhdayutsya zatratoi energii i
ponizheniem davleniya. Odnako esli ran'she my imeli tol'ko izmenenie sostoyanie ravnovesiya
iz-za rozhdeniya novyh chastic, to teper' vsledstvie energeticheskih poter' polnogo
ravnovesnogo sostoyaniya voobshe net:
(
-- entropiya).
Entropiya inogda padaet! V etom net protivorechiya: padaet entropiya veshestva v centre
yadra, no voznikaet entropiya neitrino, uletevshih ot zvezdy.
No nepolnoe ravnovesie tozhe mozhno izluchat'. Naprimer, gremuchii gaz:
-- my mozhem rassmatrivat' ego rasshirenie, szhatie i prochee, prichem vse
eti processy budut ravnovesnymi, krome odnogo -- processa sgoraniya. To zhe mozhno
skazat' i o lyuboi smesi veshestv (naprimer,
,
esli imet' v vidu yadernye reakcii),
tak kak polnoe ravnovesie -- eto yadra zheleza.
V sostoyanii polnogo termodinamicheskogo ravnovesiya koncentraciya neitrino
proporcional'na .
Plotnost' energii i davlenie
. Odnako v zvezdah neitrino rozhdayutsya i uhodyat,
poetomu ih istinnaya koncentraciya gorazdo men'she ravnovesnoi.
Pri rassmotrenii goreniya vodoroda my uzhe uchityvali rozhdenie neitrino. No togda uchet neitrino svodilsya prosto k effektivnomu umen'sheniyu kaloriinosti yadernogo topliva. Naprimer, esli skorost' reakcii



![$\displaystyle ],
$](https://images.astronet.ru/pubd/2008/02/15/0001226214/img756.gif)




Pust' imeetsya stabil'noe yadro
. Yadro s tem zhe yadernym vesom -- yadro
tritiya -- neustoichivo i raspadaetsya po sheme
-raspada,







Glavnuyu rol' igraet eksponencial'nyi mnozhitel'
keV
, t.e. pri
komnatnoi temperature v skorost' etogo processa vhodit chislo
. No pri
temperature poryadka 10 keV (
K) process mozhet idti. Odnako odnovremenno v
takom veshestve tritii opyat' raspadaetsya:





![$\displaystyle q(T)[{}^{3}{\mathrm{He}}]={1\over{\tau}}\;[{}^{3}{\mathrm{H}}],
$](https://images.astronet.ru/pubd/2008/02/15/0001226214/img1532.gif)



![$ [{}^{3}{\mathrm{He}}]_0$](https://images.astronet.ru/pubd/2008/02/15/0001226214/img1534.gif)

![$\displaystyle [{}^{3}{\mathrm{H}}]={q(T)\over{q(T)+1/\tau}}\;[{}^{3}{\mathrm{He}}]_0.
$](https://images.astronet.ru/pubd/2008/02/15/0001226214/img1535.gif)


![$\displaystyle W={1\over{\tau}}\;[{}^{3}{\mathrm{H}}]={1\over{\tau}}\;[{}^{3}{\mathrm{He}}]_0\;{1\over{1+1/\tau q}}.
$](https://images.astronet.ru/pubd/2008/02/15/0001226214/img1536.gif)



Pri vysokih temperaturah, kogda uzhe net yader, urka-process idet takim obrazom:


Neitron tyazhelee protona na 0,8 MeV. Poetomu plato
s dostigalos'
by pri
MeV. Odnako Pinaev zametil, chto pri takih temperaturah poyavlyayutsya
pozitrony
i nachinaet effektivno idti process



Vypishem bez rascheta velichinu energopoter', svyazannyh s obsuzhdaemymi processami:


![$\displaystyle ^3].
$](https://images.astronet.ru/pubd/2008/02/15/0001226214/img1548.gif)



















Dlya ob'yasneniya vseh eksperimental'nyh proyavlenii slabyh vzaimodeistvii do nedavnego vremeni dostatochno bylo schitat', chto vse chasticy vzaimodeistvuyut v odnoi tochke (prichem vzaimodeistvuyut -- eto znachit i rozhdayutsya). Naprimer:





![]() |
(7.2) |
Zdes' znak








V deistvitel'nosti est' eshe reakcii s myuonom i myuonnym neitrino
,
naprimer, raspady




![$ ]$](https://images.astronet.ru/pubd/2008/02/15/0001226214/img224.gif)



















Rasstoyanie, kotoroe prohodit -bozon do raspada, mozhno ocenit' iz sootnosheniya
neopredelennostei


Kvantovomehanicheskaya amplituda processov s rozhdeniem -bozona dolzhna imet' vid







Gamil'tonian nablyudaemyh processov togda vyglyadit sleduyushim obrazom:




Process
, t.e.
--
eto rasseyanie nuklonov za schet slabogo vzaimodeistviya. Ego nablyudat' trudno, tak
kak est' rasseyanie za schet sil'nogo vzaimodeistviya. No slaboe vzaimodeistvie privodit
k nesohraneniyu chetnosti, i v etih processah, naprimer, dolzhny poyavlyat'sya
-kvanty
s krugovoi polyarizaciei.
Process
-- rasseyanie neitrino na elektronah:





Interesno, chto Raines v svoe vremya dal dlya processa
eksperimental'noe znachenie secheniya
,
no eto okazalos' oshibkoi. Seichas


Process



Esli ``raskachivat''' kusok veshestva, to elektromagnitnye volny on izluchat' ne budet, tak kak veshestvo elektroneitral'no, no dannyi neitrinnyi process mozhet idti, tak kak on ne kompensiruetsya protonami, t.e. pri kolebanii veshestva voznikaet neitrinnoe izluchenie.
Dannyi vid vzaimodeistviya privodit k tomu, chto mezhdu lyubymi dvumya telami est'
dal'nodeistvuyushaya sila, potencial kotoroi proporcionalen
.
V gamil'toniane est' chlen





Est' i drugie processy s izlucheniem neitrino. Eto plazmennye kolebaniya s ispuskaniem neitrinno-antineitrinnyh par. Na stadii goreniya ugleroda neitrinnoe izluchenie mozhet byt' ravno fotonnomu.
Nakonec, pri vysokoi temperature ( K) samym glavnym stanovitsya process
(on ostaetsya sravnimym s urka-processom Pinaeva).
Pary
v etom processe rozhdayutsya s veroyatnost'yu gorazdo men'shei, chem
pary
-kvantov v processe



![$\displaystyle ^3].
$](https://images.astronet.ru/pubd/2008/02/15/0001226214/img1548.gif)

![$\displaystyle n_{e^-}n_{e^+}\equiv[e^+][e^-]\sim\exp(-2m_ec^2/kT)\sim e^{-12/T_9}.
$](https://images.astronet.ru/pubd/2008/02/15/0001226214/img1611.gif)
Otmetim principial'no novye rezul'taty semidesyatyh godov v oblasti slabogo vzaimodeistviya i ih astrofizicheskoe znachenie.
V 1974 g. byl otkryt tretii chlen ryada, pervye dva kotorogo predstavlyayut soboi elektron i myuon.
Eta chastica oboznachaetsya i nazyvaetsya tau-lepton. Fizika vstupaet v protivorechie s
filologiei: lepton po-grecheski znachit ``legkii'', i eto bylo pravil'no primenitel'no k
i
. Massa
ravna 1780 MeV, t.e. on v 1,9 raza tyazhelee
protona, legkim ego nazvat' nel'zya. No svoistva
podobny svoistvam
i
.
Poetomu, pridavaya slovu ``lepton'' novyi smysl -- ``fermion, obladayushii slabym i
elektromagnitnym, no ne sil'nym, vzaimodeistviyami'', my nazyvaem
leptonom. Predpolagaetsya,
chto sushestvuet i sootvetstvuyushee etomu leptonu neitrino,
, a takzhe ego antichastica
, podobno tomu kak myuonu sootvetstvuet
i
.
Sledovatel'no, raspady
idut tak:
ili
. Raspad s obrazovaniem pionov i drugih adronov nevozmozhen
dlya myuona, no vozmozhen dlya tau-leptona blagodarya bol'shoi masse etoi chasticy.
Vtoroe otkrytie -- sushestvovanie neitral'nogo toka. Processy, protekayushie cherez posredstvo
promezhutochnyh bozonov , nazyvayut zavisimymi ot zaryazhennogo toka. Fenomenologicheski
eti processy zapisany tak, chto kazhdyi chlen v vyrazhenii dlya toka (v nashih oboznacheniyah
dlya amplitudy
) menyaet zaryad na edinicu, a obshii zaryad sohranyaetsya, potomu chto gamil'tonian
soderzhit proizvedenie dvuh tokov, odnogo umen'shayushego i drugogo uvelichivayushego
zaryad. No v teorii Salama-Veinberga predpolagaetsya, chto naryadu s
sushestvuet
analogichnyi tyazhelyi vektornyi (spin 1) promezhutochnyi (v slabom vzaimodeistvii) i
pritom neitral'nyi
bozon. Buduchi neitral'nym, on dolzhen raspadat'sya na pary neitrino-antineitrino
ili pary zaryazhennyh chastic ili antichastic:
,
Analogichno etomu proishodit i vzaimodeistvie s
adronami7.3. Kak vsegda v takih formulah mozhno perenesti
antichasticu sprava nalevo, prevrashaya ee v chasticu. U samogo
-bozona net antichasticy,
ili tochnee on sam yavlyaetsya svoei antichasticei, tak kak
istinno neitralen, takzhe kak foton.
Na opyte pri energiyah, nedostatochnyh dlya real'nogo rozhdeniya -bozona (takaya situaciya
prodlitsya veroyatno do 1985 g.), nablyudayutsya processy tipa rasseyaniya:
. Predskazyvaetsya takzhe slaboe vzaimodeistvie elektronov s yadrami, kotoroe obnaruzhivaetsya
pri rasseyanii relyativistskih elektronov, a takzhe v opticheskom povedenii atomov. Eto vzaimodeistvie
kachestvenno bylo predskazano odnim iz avtorov (Ya.B.Zel'dovichem) eshe v 1958 g. V
nastoyashee vremya ego mozhno schitat' dokazannym.
Kakovy astrofizicheskie sledstviya sushestvovaniya neitral'nogo toka?
S odnoi storony, rasshiryayutsya vozmozhnosti proizvodstva par neitrino-antineitrino. Teper' vozmozhny processy







Kakova rol' neitrinnyh processov v evolyucii zvezd voobshe? Na stadii glavnoi posledovatel'nosti neitrinnoe izluchenie, kazalos' by, malosushestvenno. Odnako nel'zya zabyvat', chto, vo-pervyh, bez slabogo vzaimodeistviya, a znachit i bez izlucheniya neitrino, voobshe ne vozmozhno gorenie vodoroda. A, vo-vtoryh, neitrino pozvolyaet v principe zaglyanut' v samye central'nye oblasti zvezd i proverit' nashi teorii. Dlya Solnca eto uzhe delaetsya (opyty Devisa).
Na pozdnih stadiyah evolyucii neitrinnoe izluchenie mozhet igrat' reshayushuyu rol', poskol'ku
dostigayutsya vysokie temperatury, i neitrino effektivno otvodit teplo. Bez neitrino
trudno ob'yasnit' obrazovanie planetarnyh tumannostei, vzryvy sverhnovyh. Neitrinnoe izluchenie sil'no
uskoryaet ostyvanie goryachih belyh karlikov i neitronnyh zvezd. Poetomu, sravnivaya
predskazaniya teorii evolyucii zvezd, rasschitannye s uchetom i bez ucheta neitrino,
s nablyudeniyami real'nyh ob'ektov, mozhno proverit' teoriyu slabyh vzaimodeistvii,
t.e. ustanovit' nalichie v prirode teh processov, kotorye v laboratorii poka ne nablyudalis'.
<< 7.3 Dva tipa energeticheskih ... | Oglavlenie | 8. Vvedenie v OTO >>
Publikacii s klyuchevymi slovami:
Evolyuciya zvezd - vnutrennee stroenie zvezd - termoyadernye reakcii - fizicheskie processy
Publikacii so slovami: Evolyuciya zvezd - vnutrennee stroenie zvezd - termoyadernye reakcii - fizicheskie processy | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> |