<< 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
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:
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:
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 (til'da) oboznachaet antichasticu, a skobki ob'edinyayut chasticy, vhodyashie v reakciyu vsegda po odnu storonu ot strelochki. Zapis' (2) rasshifrovyvaetsya tak: esli vstrechaetsya simvol nekotoroi chasticy, to eto oboznachaet gibel' dannoi chasticy, libo rozhdenie ee antichasticy. Naprimer, pervyi chlen v (2) simvoliziruet reakciyu
V deistvitel'nosti est' eshe reakcii s myuonom i myuonnym neitrino , naprimer, raspady
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
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 >> |