T.Redzhe "Etyudy o Vselennoi", Mir/NiT<< 1.8. Bol'shoi vzryv | Oglavlenie | 1.10. Kosmicheskii korabl' budushego >>
1.9. Neitrino i kosmologiya
Bolee podrobnoe opisanie Vselennoi na pervyh etapah ee razvitiya sleduet predvarit' nekotorymi svedeniyami o glavnyh (ili kazhushihsya takovymi) sostavlyayushih kosmicheskogo veshestva. K etoi zahvatyvayushei teme my eshe vernemsya v dal'neishem.
Soglasno predstavleniyu bol'shinstva lyudei, predstavleniyu, davshemu zhizn' v 30-h godah mnogochislennym risovannym kartinkam i karikaturam, atom pohozh na malen'kuyu solnechnuyu sistemu, v kotoroi rol' Solnca igraet central'noe yadro, vokrug kotorogo vrashayutsya po svoim orbitam elektrony. Chislo elektronov menyaetsya ot atoma k atomu i opredelyaet himicheskii element; vodorod imeet vsego odin elektron, v to vremya kak v urane ih uzhe 92. Fizikam udalos' issledovat' takzhe i yadro, i vyyasnilos', chto ono sostoit iz nuklonov dvuh sortov – protonov i neitronov. Rech' idet o pochti odinakovyh chasticah, otlichayushihsya drug ot druga tol'ko tem, chto elektricheskii zaryad protona polozhitelen, v to vremya kak neitron zaryada ne imeet.
Neitrino
Krome togo (i zdes' my podoshli k osnovnomu predmetu nashego obsuzhdeniya), neitron, ne vhodyashii v sostav yadra, raspadaetsya men'she chem cherez dvadcat' minut na proton, elektron i novuyu chasticu, neitrino, kotoruyu mozhno grubo predstavit' kak "neitral'nyi elektron", t.e. elektron bez elektricheskogo zaryada.
Neitrino prineslo mnogo hlopot fizikam. Ono prakticheski ne vzaimodeistvuet s veshestvom i mozhet proiti skvoz' betonnuyu stenu tolshinoi v neskol'ko svetovyh let, ne vstretiv pri etom nikakih prepyatstvii. Desyatki let ego sushestvovanie svyazyvali tol'ko s ischeznoveniem energii pri raspade neitrona. Fermi v svoe vremya prishel k pravil'nomu vyvodu, chto eta energiya dolzhna byt' unesena nevidimoi chasticei, "legkim neitronom", narechennym neitrino.
Tol'ko v poslevoennoe vremya sozdanie bol'shih atomnyh reaktorov i pozzhe moshnyh uskoritelei chastic v CERNe (Evropeiskii centr yadernyh issledovanii v Zheneve) i Brukheivene (SShA) pozvolilo neposredstvenno zametit' neitrino. Na etih moshnyh mashinah proizvodyatsya piony ochen' vysokih energii, kotorye rozhdayutsya pri stolknoveniyah uskorennyh protonov s mishen'yu (obychno sostoyashei iz drugih protonov ili iz yader). Piony – eto chasticy s chrezvychaino malym vremenem zhizni, i, rodivshis', oni tut zhe raspadayutsya, proizvodya na svet, krome vsego prochego, i neitrino.
Poyavivshiesya neitrino imeyut ochen' vysokuyu energiyu, a s uvelicheniem energii veroyatnost' vzaimodeistviya neitrino s veshestvom takzhe uvelichivaetsya. Pri vysokih energiyah neitrino udaetsya zaregistrirovat' s pomosh'yu detektorov nekosmicheskih razmerov. V yadernyh reaktorah zhe rozhdaetsya ogromnoe kolichestvo neitrino s nizkimi energiyami; nichtozhnaya chast' ih mozhet poglotit'sya v bake, soderzhashem neskol'ko desyatkov tonn zhidkosti, pohozhei na glicerin. Neitrino, popadayushie v etot bak, mogut vyzvat' harakternye reakcii, chem i obnaruzhivayut sebya.
Imeyut li neitrino massu?
V termoyadernyh reakciyah, proishodyashih v nedrah Solnca, takzhe rozhdayutsya neitrino. Popytki eksperimentatorov zaregistrirovat' ih po harakternym reakciyam ne priveli k uspehu: chislo obnaruzhennyh neitrino okazalos' namnogo nizhe, chem ozhidalos', chto podorvalo veru v pravil'nost' sovremennyh predstavlenii o processah, idushih v nedrah Solnca. Dlya razresheniya voznikshih somnenii bylo predlozheno provesti drugie, ves'ma ostroumnye (i dorogostoyashie) eksperimenty s ispol'zovaniem ekzoticheskih mineralov, takih, kak, naprimer, lorandit iz Chernogorii, ili redkih metallov tipa galliya v bol'shih kolichestvah. Pozhivem – uvidim.
Soglasno Pontekorvo, nehvatka solnechnyh neitrino ob'yasnyaetsya tem, chto na puti ot Solnca k Zemle chast' ih uspevaet prevratit'sya v neitrino drugogo sorta, a eti drugie neitrino zaregistrirovat' v obychnom eksperimente nevozmozhno. Pryamoe otnoshenie k etoi gipoteze imeet vopros o masse neitrino. Imeya prakticheski massu, ravnuyu nulyu, neitrino peremeshaetsya so skorost'yu sveta. V deistvitel'nosti neitrino moglo by imet' massu poryadka odnoi tridcatitysyachnoi massy elektrona, chto ne protivorechilo by rezul'tatam sovremennyh eksperimentov. Izmerenie massy neitrino, vypolnennoe sovetskimi uchenymi, dalo velichinu kak raz takogo poryadka. Etot rezul'tat zhdet svoego podtverzhdeniya. Drugie dannye, sobrannye vmeste, takzhe, po-vidimomu, svidetel'stvuyut v pol'zu gipotezy massivnogo neitrino, hotya kazhdyi otdel'nyi rezul'tat sam po sebe ne vyglyadit dostatochno ubeditel'no.
K etomu momentu u chitatelya mog vozniknut' vpolne zakonnyi vopros: kakova zhe prichina stol' bol'shogo interesa k takoi neulovimoi chastice i ee ischezayushe maloi masse?
Prichina eta osnovana prezhde vsego na soobrazheniyah simmetrii, po kotorym neitrino otvoditsya vpolne opredelennaya i vazhnaya rol' pri klassifikacii elementarnyh chastic. No k etomu voprosu my eshe vernemsya.
Reliktovye neitrino
Mne samomu kazhetsya stol' zhe vazhnoi i, vozmozhno, ponyatnoi dlya neposvyashennyh drugaya prichina povyshennogo interesa k masse neitrino. Soglasno teorii, v pervye minuty zhizni Vselennoi poyavilos' ogromnoe kolichestvo neitrino, kotorye do sih por bluzhdayut v kosmicheskih prostorah i rol' i proishozhdenie kotoryh delayut ih pohozhimi na reliktovoe izluchenie, obnaruzhennoe Penziasom i Uilsonom.
Ne sushestvuet razumnyh dovodov v pol'zu vozmozhnosti uvidet' kogda-nibud' eti neitrino, vo vsyakom sluchae esli eto ne budet svyazano s deistvitel'no novym i revolyucionnym otkrytiem. Esli by neitrino imeli massu, to, kak pokazali vychisleniya, ih obshaya massa mogla by byt' v 30 raz bol'she, chem vsya massa obychnogo veshestva, rasseyannogo v kosmose. Neitrino mogli by vospolnit' "nedostayushuyu massu", nuzhnuyu dlya togo, chtoby Vselennaya byla zamknuta, na chem nastaivayut odni i protiv chego vystupayut drugie. Soglasno etoi gipoteze, my kupaemsya v "neitrinnom more", vovse ne soznavaya etogo, esli ne schitat' nablyudenii za samymi dalekimi galaktikami.
Voobshe govorya, vsya evolyuciya veshestva v nashei Vselennoi v konechnom schete podverzhena vliyaniyu etogo neitrinnogo morya. Vozmozhno, nashi potomki nauchatsya registrirovat' reliktovye neitrino i sumeyut zaglyanut' neposredstvenno v kosmos vremen neskol'kih minut posle "bol'shogo vzryva", kogda nastupal kriticheskii moment dlya sinteza elementov. Takim obrazom, rech' idet ne ob idee, predstavlyayushei lish' akademicheskii interes, a o fundamental'nyh voprosah, neposredstvenno svyazannyh s klyuchevymi napravleniyami sovremennoi kosmologii, s problemoi nashih istokov.
<< 1.8. Bol'shoi vzryv | Oglavlenie | 1.10. Kosmicheskii korabl' budushego >>
|
Publikacii s klyuchevymi slovami:
Galileo Galilei - solnechnaya sistema - kosmogoniya - astrofizika - Obshaya teoriya otnositel'nosti - elektroslaboe vzaimodeistvie - elementarnye chasticy
Publikacii so slovami: Galileo Galilei - solnechnaya sistema - kosmogoniya - astrofizika - Obshaya teoriya otnositel'nosti - elektroslaboe vzaimodeistvie - elementarnye chasticy | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> | |
