Neutrino कण: परिभाषा, गुण, एक विवरण। neutrino oscillations - यो ...

Neutrino - एक प्राथमिक कण इलेक्ट्रॉन धेरै समान छ, तर यो कुनै बिजुली शुल्क छ। यो एक धेरै सानो ठूलो, पनि शून्य हुन सक्छ जो छ। को neutrino को ठूलो देखि गति मा निर्भर गर्दछ। आगमन र कण बीम को समय मा फरक 0,0006% (± 0,0012%) छ। 2011 मा, यो वेग प्रकाश neutrinos को गति नाघ्यो कि ओपेरा प्रयोग समयमा स्थापित भएको थियो, तर यो अनुभव स्वतन्त्र पुष्टि भएको छैन।

मायावी कण

यो ब्रह्माण्डको सबैभन्दा साधारण कणहरु मध्ये एक छ। यो कुरा धेरै सानो पारस्परिक हुनाले यसलाई पत्ता लगाउन अविश्वसनीय गाह्रो छ। इलेक्ट्रॉनों र neutrinos बलियो आणविक शक्ति भाग छैन, तर उत्तिकै को कमजोर भाग। यस्तो गुण भएको कणहरु leptons भनिन्छ। इलेक्ट्रन (पोजीट्रान र antiparticle) गर्न साथै, चार्ज leptons muon (200 इलेक्ट्रन ठूलो), टाउ (3500 इलेक्ट्रन ठूलो), र आफ्नो antiparticle उल्लेख। तिनीहरूले भनिन्छ: इलेक्ट्रन, muon र टाउ neutrinos। तिनीहरूलाई प्रत्येक एक antineutrino भनिन्छ, antimaterial घटक छ।

Muon र टाउ, एक इलेक्ट्रन जस्तै सँगैको कण। यो muon र टाउ neutrinos। कणहरु प्रत्येक अन्य फरक तीन प्रकारका। उदाहरणका लागि, muon neutrinos लक्षित अन्तरक्रिया गर्दा, तिनीहरू सधैं muons र कहिल्यै टाउ वा इलेक्ट्रॉनों उत्पादन। कणहरु को प्रतिक्रिया मा, हुनत इलेक्ट्रॉनों र इलेक्ट्रन neutrinos सिर्जना र नष्ट गर्दै छन्, उनको राशि अपरिवर्तित रहन्छ। यो वास्तवमा प्रत्येक जो एक चार्ज leptons र सँगैको neutrino possesses तीन प्रकार, मा एक अलग leptons गर्न जान्छ।

यो कण धेरै ठूलो र अत्यधिक संवेदनशील डिटेक्टरों आवश्यक पत्ता लगाउन। नियम, कम ऊर्जा neutrinos संग रूपमा कुरा संग अन्तरक्रिया गर्न धेरै हल्का वर्षसम्म यात्रा हुनेछ। फलस्वरूप, तिनीहरूलाई सबै जमीन प्रयोग रजस्ट्रार उचित आकार संग पारस्परिक एक सानो अंश को मापन भर पर्छन्। उदाहरणका लागि, एक neutrino वेधशाला सुडबरी मा, भारी पानी 1,000 टन समावेश प्रति सेकेन्ड 1012 सौर neutrinos बारेमा डिटेक्टर मार्फत बित्दै। र प्रति दिन 30 मात्र फेला परेन।

आविष्कारको इतिहास

वोल्फगैंग Pauli पहिलो कणहरु को अस्तित्व 1930. मा त्यतिबेला त्यहाँ एउटा समस्या थियो, यो ऊर्जा र कोणीय गति बिटामा क्षय भण्डार छैन भनेर देखिन्थ्यो किनभने postulated। तर Pauli भने तटस्थ कण अन्तरक्रिया neutrinos उत्सर्जित छैन, कि औंल्याए ऊर्जा संरक्षण व्यवस्था पालन गरिनेछ। 1934 मा इटालियन भौतिक एनरिको Fermi बिटा क्षय को सिद्धान्त विकास र उसलाई कण को नाम दिए।

20 वर्ष को लागि सबै भविष्यवाणीहरू बावजुद neutrinos छैन experimentally कारण यसको गर्न पत्ता सकिन्छ कमजोर अन्तरक्रिया कुरा संग। कणहरु बिजुली चार्ज छन् किनभने तिनीहरू विद्युत सेना कार्य छैन, र त्यसैले, तिनीहरूले पदार्थ को आयनीकरण कारण छैन। यसबाहेक, तिनीहरूले मात्र कमजोर अन्तरक्रियामा थोरै शक्ति मार्फत पदार्थ संग प्रतिक्रिया। त्यसकारण, तिनीहरूले सबैभन्दा तीक्ष्ण subatomic कुनै पनि प्रतिक्रिया पैदा बिना अणुहरु को एक विशाल नम्बर ले पारित सक्षम कणहरु छन्। मात्र 1 10 अर्ब पृथ्वीको व्यास बराबर एक दूरी द्वारा कपडा मार्फत यात्रा यी कणहरु को, प्रोटन वा न्यूट्रोन संग प्रतिक्रिया।

अन्तमा, 1956 मा फ्रेडरिक Reines नेतृत्व अमेरिकी physicists एक समूह, रिपोर्ट इलेक्ट्रॉन antineutrino को खोज। प्रयोग मा निकलने आणविक रिएक्टर, एक प्रोटोन साथ प्रतिक्रिया, न्युट्रोन र positrons गठन antineutrinos। द्वारा-उत्तरार्द्ध को अद्वितीय (र दुर्लभ) ऊर्जा हस्ताक्षर कण को अस्तित्व को प्रमाण थियो।

muon - दोस्रो प्रकार neutrinos को पछि पहिचान लागि सुरूवात बिन्दु चार्ज leptons muons खोल्दै थियो। आफ्नो पहिचान एक कण त्वरक मा प्रयोग को परिणाम को आधार मा 1962 मा गरियो। उच्च-ऊर्जा muons क्षय neutrinos अनुकरणीय-mesons द्वारा गठन र यो पदार्थ आफ्नो प्रतिक्रिया जाँच्न सम्भव थियो भनेर डिटेक्टर निर्देशित। तिनीहरूले गैर-प्रतिक्रियाशील, साथै कणहरु को अन्य प्रकार हो भन्ने तथ्यलाई बावजुद, यो दुर्लभ अवस्थामा तिनीहरूले प्रोटन वा न्युट्रोन, muons, neutrinos muons साथ प्रतिक्रिया जब कि फेला परेन, तर इलेक्ट्रॉनों कहिल्यै। 1998 मा, अमेरिकी physicists लियोन Lederman, Melvin Schwartz र Dzhek Shteynberger muon-neutrinos को पहिचान को लागि भौतिक मा नोबेल पुरस्कार प्रदान गरिएको छ थिए।

टाउ - मध्य-1970 मा, neutrino भौतिक चार्ज leptons अर्को प्रकारको पाउनु भएको छ। Tau-neutrino र टाउ-antineutrinos यो तेस्रो चार्ज lepton सम्बन्धित थिए। 2000 मा, राष्ट्रिय एक्सीलेटर प्रयोगशाला मा physicists। एनरिको Fermi कणहरु यस प्रकारको अस्तित्व को पहिलो प्रयोगात्मक प्रमाण रिपोर्ट।

वजन

neutrinos को सबै प्रकार आफ्नो साझेदार चार्ज को भन्दा कम छ जो ठूलो, छ। उदाहरणका लागि, प्रयोग इलेक्ट्रॉन-neutrino को ठूलो इलेक्ट्रॉन ठूलो र तीन प्रजातिहरू को जनता को योगफल को 0,002% भन्दा कम 0.48 eV भन्दा कम हुनुपर्छ हुनुपर्छ भनेर देखाउँछ। धेरै वर्ष को लागि विचार कण को ठूलो शून्य हुनत कुनै सशक्त सैद्धान्तिक प्रमाण, यो तरिका हुनुपर्छ किन भयो भन्ने छ। त्यसपछि, 2002 मा, सुडबरी Neutrino वेधशाला इलेक्ट्रन neutrinos आणविक प्रतिक्रिया द्वारा रूपमा लामो तिनीहरूले पास रूपमा, आफ्नो प्रकार परिवर्तन गर्न, सूर्य को कोर मा उत्सर्जित पहिलो प्रत्यक्ष प्रमाण प्राप्त भएको थियो। यस्तो "oscillations" neutrino कणहरु को एक वा बढी एउटा सानो ठूलो छ भने सम्भव। आफ्नो अध्ययन पृथ्वी वातावरणमा कस्मिक रेज को अन्तरक्रिया पनि ठूलो उपस्थिति संकेत, तर थप प्रयोग अधिक सही यो परिभाषित गर्न आवश्यक छ।

स्रोतहरू

neutrinos को प्राकृतिक स्रोतहरू - कम ऊर्जा इलेक्ट्रन-antineutrino को एक ठूलो प्रवाह मा उत्सर्जित छ जो पृथ्वी, भित्र तत्व को एक रेडियोधर्मी क्षय। Supernovae पनि advantageously यी कणहरु मात्र collapsing तारा गठन hyperdense सामाग्री भित्र पस्नु सक्नुहुन्छ देखि, घटना neutrino छन्; केवल ऊर्जा एउटा सानो भाग हल्का रूपान्तरित भएको छ। गणना देखाउन सौर ऊर्जा लगभग 2% कि - गठन ऊर्जा neutrinos थर्मोन्यूक्लियर को प्रतिक्रिया फ्युजन। यो ब्रह्माण्ड को गाढा कुरा को सबै भन्दा माथि बिग बैंग समयमा उत्पादन गर्ने neutrinos बनेको छ सम्भावना छ।

भौतिक समस्या

खगोल भौतिकी neutrino सम्बन्धित र विविध र तीव्र गतिमा विकसित क्षेत्रहरु। वर्तमान मुद्दाहरू प्रयोगात्मक र सैद्धान्तिक प्रयासमा एक ठूलो संख्या आकर्षित कि, निम्न:

• विभिन्न neutrino जनता के हुन्?
• तिनीहरूले cosmology कसरी असर गर्छ, बिग बैंग?
• तिनीहरूले दोलन?
• गर्न सक्छन् तिनीहरूले कुरा र ठाउँ मार्फत यात्रा रूपमा neutrino को एक प्रकार अर्को मा उत्तेजित गर्दछ?
• neutrinos आफ्नो antiparticles देखि मौलिक भिन्न छन्?
• कसरी supernova गठन गर्ने संक्षिप्त ताराहरु?
• cosmology मा neutrinos को भूमिका कस्तो छ?

विशेष चासो को longstanding समस्या को एक तथाकथित सौर neutrino समस्या छ। यो नाम गत 30 वर्ष भन्दा बढी सञ्चालन धेरै स्थलीय प्रयोग समयमा, निरन्तर सूर्य द्वारा बेग्लै चमक ऊर्जा उत्पादन गर्न कणहरु आवश्यक भन्दा सानो अवलोकन भन्ने तथ्यलाई जनाउँछ। एक सम्भव समाधान oscillation ई इलेक्ट्रन neutrinos को परिवर्तन muon वा धरती गर्न यात्राको समयमा टाउ गर्न अर्थात् छ।। त्यसैले कम ऊर्जा muon वा टाउ neutrinos मापन गर्न गाह्रो कति, परिवर्तन यस प्रकारको हामी धरती मा कणहरु को सही राशि देख्नुभएन किन व्याख्या थियो।

चौथो नोबेल पुरस्कार

भौतिक 2015 मा नोबेल पुरस्कार पनि neutrino ठूलो को खोज को लागि Takaaki Kaji र आर्थर MacDonald गर्न सम्मानित गरिएको थियो। यो यी कणहरु को प्रयोगात्मक माप सम्बन्धित चौथो समान पुरस्कार थियो। कसैले हामी किन बल्लतल्ल साधारण कुरा अन्तरक्रिया कुरा बारे धेरै ख्याल गर्नुपर्छ को प्रश्न मा रुचि हुन सक्छ।

हामी यी अल्पकालिक कणहरु पत्ता लगाउन सक्नुहुन्छ भन्ने तथ्यलाई, मानव कौशल एउटा नियममा छ। क्वांटम मेकानिक्स, probabilistic को नियम भएकोले हामी neutrinos को लगभग सबै धरती पास भन्ने तथ्यलाई बावजुद, तिनीहरूलाई केही यसलाई अन्तरक्रिया हुनेछ, थाह छ। को डिटेक्टर पर्याप्त ठूलो आकार दर्ता गरिएको छ को सक्षम छ।

पहिलो यस्तो उपकरण दक्षिण डकोटा मा एक मेरो गहिरो, को sixties मा बनाइएको थियो। को चुच्चो 400 हजार। सफाई एल तरल पदार्थ भरिएको थियो। औसत एक कण neutrino दैनिक Argon मा रुपान्तर, क्लोरीन को एक अणु संग पारस्परिक। अविश्वसनीय, को डिटेक्टर लागि जिम्मेवार थियो रेमंड डेविस, धेरै Argon अणुहरु को खोज को लागि एक विधि आविष्कार र चार वर्षपछि 2002 मा, यो अचम्मको ईन्जिनियरिङ् कमाल लागि उनले नोबेल पुरस्कार सम्मानित गरियो।

नयाँ खगोल विज्ञान

neutrinos त weakly अन्तरक्रिया किनभने, तिनीहरू ठूलो दूरी यात्रा गर्न सक्नुहुन्छ। तिनीहरूले हामीलाई झलक अन्यथा हामी कहिल्यै देखेको भनेर ठाउँमा दिनुहोस्। Neutrinos डेविस, सूर्य को हृदयमा स्थान लिए कि आणविक प्रतिक्रिया को फलस्वरूप गठन पत्ता, र बस किनभने तिनीहरूले अन्य कुरा अन्तरक्रिया छैन यो अविश्वसनीय बाक्लो र तातो सीट छोड्न सक्षम थिए। तपाईं पनि अर्थ एक भन्दा बढी सय हजार प्रकाश-वर्ष को एक दूरी मा एक विस्फोट तारा को केन्द्र देखि उत्सर्जित neutrinos पत्ता लगाउन सक्नुहुन्छ।

साथै, यी कणहरु सम्भव यसको धेरै सानो मात्रा मा ब्रह्माण्डको, जो ती जेनेभा मा ठूलो Hadron Collider मा हेर्न सक्छन् भन्दा धेरै सानो पालन बनाउन, को पत्ता Higgs boson। यसलाई नोबेल समिति अर्को प्रकार को neutrino को खोज को लागि पुरस्कार निर्णय गर्ने नोबेल पुरस्कार यस कारण लागि हो।

रहस्यमय अभाव

रे डेविस सौर neutrinos अवलोकन गर्दा, उहाँले अपेक्षित मात्रा मात्र तेस्रो फेला परेन। सबैभन्दा physicists यो कारण सूर्य को खगोल भौतिकी को गरिब ज्ञान छ भन्ने विश्वास गर्छन्: सायद shone subsoil मोडेल यसको neutrino उत्पादन मात्रा overestimated। तैपनि, धेरै वर्ष को लागि, सौर मोडेल सुधार छन् पनि पछि घाटा रह्यो। Physicists अर्को सम्भाव्यता ध्यान भुक्तानी गरेका छन्: समस्या यी कणहरु हाम्रो धारणा सम्बन्धित हुन सकेन। यस सिद्धान्त अनुसार, त्यसपछि तिनीहरूले वजन छैन प्रबल। तर केही physicists वास्तवमा कणहरु एक infinitesimal ठूलो छ कि तर्क छ, र यो आम आफ्नो कमीको कारण थियो।

तीन-सामना कण

neutrino oscillations को सिद्धान्त अनुसार, प्रकृति मा, त्यहाँ तिनीहरूलाई तीन विभिन्न प्रकारका छन्। एक कण एउटा ठूलो छ भने, कि यो उत्प्रेरित गर्छ रूपमा अर्को एक प्रकार देखि पारित गर्न सक्छ। तीन प्रकारका - इलेक्ट्रॉनों, muons र टाउ - पदार्थ संग अन्तरक्रिया मा अनुरूप शुल्क कण (इलेक्ट्रन र muon टाउ leptons) मा रूपान्तरित गर्न सकिन्छ। "Oscillation" क्वांटम मेकानिक्स कारण हो। neutrino प्रकार स्थिर छैन। यो समय परिवर्तन। ई-मेल रूपमा यसको अस्तित्व थाले जो Neutrinos, फिर्ता muon परिणत, र त्यसपछि गर्न सक्नुहुन्छ। तसर्थ, यस पृथ्वीमा बाटो मा, सूर्य को कोर गठन एक कण, समय समयमा muon neutrinos र विपरित मा परिवर्तित गर्न सकिन्छ। डेविस डिटेक्टर Argon मा क्लोरीन एक आणविक transmutation लागि नेतृत्व सक्छ जो केवल इलेक्ट्रन-neutrinos, पत्ता लगाउन सक्छ देखि, यो छुटेको neutrino अन्य प्रकार मा गरिएका सम्भव देखिन्थ्यो। (यो neutrinos सूर्य भित्र र धरती बाटो मा छैन दोलन कि बाहिर जान्छ)।

क्यानाडा प्रयोग

यो परीक्षण गर्न मात्र तरिका neutrinos को सबै तीन प्रकार को लागि काम गर्ने एक डिटेक्टर सिर्जना भएको थियो। को 90 को दशक आर्थर म्याकडोनाल्ड ओन्टारियो मा रानी विश्वविद्यालय को बाट सुरू हुने, उहाँले सुडबरी, ओन्टारियो मा एक मेरो मा बाहिर छ जो टीम, नेतृत्व। स्थापना, भारी पानी टन समावेश क्यानाडा को सरकार द्वारा एक ऋण प्रदान। भारी पानी दुर्लभ छ, तर wherein एक प्रोटोन समावेश भएको हाइड्रोजन एक प्रोटोन र न्यूट्रोन comprises जो आफ्नो भारी आइसोटप ड्यूटीरियम, बदलिएको छ पानी स्वाभाविक निरन्तर फारम। क्यानाडा सरकारले भारी पानी stockpiled m। K. यो आणविक रिएक्टर मा एक कूलेंट रूपमा प्रयोग गरिन्छ। neutrinos को सबै तीन प्रकार प्रोटन र न्युट्रोन, गणना गर्ने न्युट्रोन र त्यसपछि गठन गर्ने ड्यूटीरियम नष्ट गर्न सक्छ। सबै भन्दा राम्रो सूर्य मोडेल भविष्यवाणी भनेर ठ्याक्कै राशि - डिटेक्टर डेविस संग तुलना तीन पटक संख्या दर्ता। यो इलेक्ट्रॉन-neutrinos यसको अन्य प्रकार मा दोलन गर्न सक्ने सुझाव।

जापानी प्रयोग

एकै समयमा तिर, विश्वविद्यालय टोक्यो को बाट Takaaki Kadzita अर्को उल्लेखनीय प्रयोग सञ्चालन। जापान मा सापट मा माउन्ट एक डिटेक्टर neutrinos सूर्य को भित्री बाट आउँदै, र माथिल्लो वातावरण बाट रेकर्ड। वातावरण संग कस्मिक रेज को प्रोटन टक्कर मा muon neutrinos सहित अन्य कणहरु, वर्षा गठन गर्दै हुनुहुन्छ। को मेरो तिनीहरूले muons मा हाइड्रोजन केन्द्रक रूपान्तरित छन्। डिटेक्टर Kadzity कणहरु दुई दिशामा आउँदै देख्न सक्थे। केही अरूलाई तल देखि बढ रहे हो, वातावरण बाट आउँदै, माथिबाट खसे। कणहरु को संख्या आफ्नो फरक प्रकृति बारे बोल्नुभएको छ, फरक थियो - उनि आफ्नो oscillatory चक्र मा विभिन्न अंक मा थिए।

विज्ञान मा क्रान्ति

यो सबै विदेशी र आश्चर्यजनक, तर किन neutrino oscillations र आम धेरै ध्यान आकर्षित छ? कारण सरल छ। प्राथमिक कण भौतिक को मानक मोडेल, जो सही गतिवर्धकपरिवर्तनगरियो र अन्य परीक्षणहरू सबै अन्य अवलोकन गर्ने वर्णन गर्दछ बीसौँ शताब्दीका, अन्तिम पचास वर्ष विकास मा, neutrinos massless हुन थिए। neutrino ठूलो को खोज केही छुटेको छ भन्ने संकेत गर्छ। मानक मोडेल पूर्ण छैन। छुटेको अझै पत्ता गर्न तत्व - ठूलो Hadron Collider वा अन्य को मदद संग, अझै अवास्तविक मेशिन सिर्जना गरेको छैन।