4-Asis Skonis? Mokslininkai Užsiminė Apie Naują Neutrino Rūšį

{h1}

Galimo sterilios neutrinos atradimo istorija yra žavi pasaka su posūkiais, kurie priverstų agatos christie galvą suktis.

Man patinka gera paslaptis, nesvarbu, ar paaiškėjo, kad tai padarė butulietis, ar tai buvo pulkininkas Garstyčios bibliotekoje su žvakidė.

Bet man dar labiau patinka mokslinės paslaptys.

Neseniai mokslininkai, atliekantys tyrimus „Fermi“ nacionalinėje greitintuvo laboratorijoje arba „Fermilab“, paskelbė matavimą, kuris yra tikras galvosūkis. Tai apima subatominę dalelę, vadinamą neutrinu, kuris yra mikrokosmo vaiduoklis, galintis praeiti per Žemę nesikišdamas. Ir tai PRIEŠ mes pradedame kalbėti apie keistus dalykus.

Neseniai atlikti matavimai, atlikti bendradarbiaujant mokslininkams, vadinamiems „MiniBooNE“, galėtų paaiškinti galimą naujos rūšies neutrino, kuris galbūt galėtų būti tamsiosios medžiagos šaltinis, atradimą - vieną aktualiausių šiuolaikinės astronomijos užuomazgų. Tačiau norint suprasti, kaip visa tai kabo kartu, reikia žinoti neutrinų istoriją, kuri yra žavi pasaka su posūkiais, kurie priverstų Agatos Christie galvą suktis. [18 didžiausių neišspręstų paslapčių fizikoje]

Austrijos fizikas Wolfgangas Pauli pirmą kartą pasiūlė neutrinų egzistavimą 1930 m. Dabar mes žinome, kad neutrinai sąveikauja tik per tai, kas neįsivaizduojamai vadinama „silpnąja jėga“, kuri yra silpniausia iš jėgų, turinčių bet kokį poveikį mažesniais nei atomai atstumais. Neutrinai sukuriami branduolinėse reakcijose ir dalelių greitintuvuose.

1956 m. Fizikų komanda, vadovaujama amerikiečių Clyde'o Cowano ir Fredericko Reineso, pirmą kartą pastebėjo vaiduokliškas daleles. Už atradimą Reines pasidalino 1995 m. Nobelio fizikos premija. (Cowan mirė prieš apdovanojimą.)

Per kelis dešimtmečius tapo aišku, kad yra trys skirtingos neutrinų rūšys, dabar vadinamos kvapiosiomis medžiagomis. Kiekvienas neutrino skonis yra savitas, kaip ir jūsų vaikystės vaniliniai, braškiniai ir šokoladiniai neapolietiški ledai. Faktinis neutrinų skonis yra susijęs su kitomis subatominėmis dalelėmis. Yra elektronų neutrino, muono neutrino ir tau neutrino, kurie yra sujungti atitinkamai su elektronu, muonu ir tau. Elektronas yra pažįstama dalelė iš vidinių atomų, o monas ir tau yra chubbier ir nestabilios elektronų pusbroliai.

Kiekvienas neutrino skonis yra skirtingas ir niekada (arba šiuo atveju trys) neturi sutapti. Arba taip atrodė.

Septintajame ir aštuntajame dešimtmečiuose iškilo paslaptis... tarsi neutrino mįslė. Amerikiečių tyrėjai Raymondas Davisas ir Johnas Bahcallas bandė apskaičiuoti ir išmatuoti neutrinų (ypač elektronų neutrinų), išsiskiriančių didžiausiame aplink esantį branduolinį reaktorių: saulę, greitį. Palyginus prognozavimą ir matavimą, jie nesutiko. Eksperimentatorius Davisas rado tik maždaug trečdalį tiek elektronų neutrinų, kiek prognozavo teoretikas Bahcall.

Tas ypatingas eksperimentas buvo nuostabiai žandikaulis. Neutrinams aptikti Davisas panaudojo olimpinio baseino dydžio talpyklą, pilną standartinio sauso valymo skysčio. Idėja buvo ta, kad kai saulės saulės neutrinai pateks į chloro atomus sauso valymo skystyje, šie atomai virsta argonu. Davisas palauktų porą savaičių ir tada bandytų išgauti argoną. Jis tikėjosi maždaug 10 argonų atomų, bet rado tik tris. Taip, jūs teisingai perskaitėte... tik trys atomai.

Be eksperimento sunkumų, Bahcall atliktas skaičiavimas buvo sudėtingas ir ypač jautrus pagrindinei saulės temperatūrai. Mažas, mažas saulės temperatūros pokytis pakeitė numatomų susidaryti neutrinų skaičiaus prognozę.

Kiti eksperimentai patvirtino Bahcall ir Davis pastebėtą neatitikimą, tačiau, atsižvelgdamas į sunkumus, kuriuos jie bandė padaryti, buvau visiškai tikras, kad vienas iš jų padarė klaidą. Tiek skaičiavimas, tiek matavimas buvo tiesiog neįtikėtinai sunkūs. Bet aš klydau.

Kitas neatitikimas suglumino tyrėjus. Neutrinai gaminami Žemės atmosferoje, kai kosminiai spinduliai iš kosmoso sklinda į orą, kurį visi kvėpuojame. Mokslininkai su dideliu pasitikėjimu žino, kad kai tai atsitiks, muonų ir elektronų neutrinai gaminami santykiu 2: 1. Tačiau, matuojant šiuos neutrinus, neutronų su muonais ir elektronais santykis buvo 1: 1. Vėlgi, neutrinai supainiojo fizikus.

Saulės ir kosminių spindulių iš kosmoso spindulių slėpinys buvo išspręstas 1998 m., Kai Japonijos tyrėjai panaudojo didžiulį požeminį 50 000 tonų vandens rezervuarą, kad ištirtų atmosferoje susidariusių muonų ir elektronų neutrinų santykį 12 mylių virš rezervuaro., palyginti su tuo pačiu santykiu, sukurtu kitoje planetos pusėje arba maždaug už 8000 mylių. Taikydami šį protingą metodą, jie nustatė, kad keliaudami neutrinai keičia savo tapatybę. Pavyzdžiui, Daviso-Bahcallo sambūve elektronų neutrinai iš saulės buvo keičiami į kitus du skonius. [Vaizdai: geriausios pasaulio fizikos laboratorijos]

Šis neutrinų, besikeičiančių skoniu, reiškinys, panašiai kaip vanilė virsta braškėmis ar šokoladu, vadinamas neutrino virpesiais. Taip yra todėl, kad neutrinai ne tik keičia savo tapatybę ir sustoja. Vietoj to, jei jiems suteikiama pakankamai laiko, trijų rūšių neutrinai nuolat ir vėl keičiasi savo tapatybe. Neutrino virpesių paaiškinimas buvo patvirtintas ir papildomai paaiškintas 2001 m. Eksperimento metu, atlikto Sudberyje (Ontarijas).

Jei pastebėjote, kad ši istorija svaigina, mes tik pradedame. Bėgant metams, „Sweeps Week“ metu neutrinai sukūrė daugiau netikėtumų nei muilo opera.

Nustačius neutrinos svyravimo reiškinį, mokslininkai galėjo jį ištirti naudodami dalelių greitintuvus. Jie galėjo sudaryti neutrinų pluoštus ir apibūdinti, kaip greitai jie pereina iš vieno skonio į kitą. Tiesą sakant, yra visa neutrinosciūcijų pramonė, o greitintuvai visame pasaulyje tiria šį reiškinį. Pagrindinė neutrinų tyrimų laboratorija yra mano paties „Fermilab“.

Ketvirtasis skonis?

Išsiskyrė 2001 m. Tyrimas, atliktas Los Alamos laboratorijoje bendradarbiaujant LSND (skysčių scintiliatoriaus neutrino detektorius). Jų matavimas neatitiko priimtino trijų skirtingų neutrinų skonių vaizdo. Norėdami, kad jų rezultatai būtų prasmingi, jiems reikėjo iškelti hipotezę apie ketvirtą neutrinų tipą. Ir tai nebuvo įprasta neutrinų rūšis. Jis vadinamas „steriliu neutrinu“, o tai reiškia, kad skirtingai nei įprasti neutrinai, jis nejautė silpnos jėgos. Bet jis dalyvavo neutrinų virpesiuose... neutrinų skonių sutvirtinime. Ir greičiausiai jis buvo sunkus, o tai reiškia, kad jis buvo idealus kandidatas į tamsiąją medžiagą.

Tai būtų šaunus pastebėjimas, tačiau daugelis kitų neutrinų eksperimentų su jais nesutiko. Tiesą sakant, LSND rezultatas buvo pašalinis - toks savotiškas, kad paprastai nebuvo naudojamas neutrinos fizikos metaanalizėse.

O dabar mes žiūrime į neseniai atliktą „MiniBooNE“ eksperimento „Fermilab“ metu išmatuotą vertinimą. Pavadinimas kilęs iš „BOOster Neutrino Experiment“. Neutrinams sudaryti jis naudoja vieną iš „Fermilab“ greitintuvų, vadinamą „Booster“. „Mini“ kyla iš to, kad kai jis buvo pastatytas, buvo numatytas didesnis eksperimentas.

„MiniBooNE“ mokslininkai nustatė, kad jų duomenys iš tikrųjų palaikė LSND matavimus, be to, jei jie sujungs savo duomenis su LSND duomenimis, statistinis matavimo stiprumas yra pakankamai stiprus, kad būtų galima teigti apie… galbūt sterilių neutrinų atradimą.

Bet tada yra tai, kad daugelis kitų eksperimentų visiškai aiškiai nesutinka su LSND (ir dabar „MiniBooNE“) eksperimentu. Taigi, kas čia su tuo?

Na, tai, kaip sakoma, yra geras klausimas. Gali būti, kad LSND ir MiniBooNE tyrėjai tiesiog rado tai, ko praleido kiti eksperimentai. Arba gali būti, kad LSND ir MiniBooNE padarė klaidingą atradimą. Arba gali būti, kad šie du eksperimentiniai aparatai yra jautrūs tuo, kuo kiti nėra. Svarbus parametras yra tai, kad atstumas tarp to, kur buvo sukurti neutrinai, ir ten, kur jie buvo aptikti, buvo palyginti nedidelis - vos keli šimtai metrų arba kelių futbolo aikščių ilgis. Neutrinams svyruoti reikia laiko ir, jei jie juda, tai virsta atstumu. Daugybė neutrinų virpesių eksperimentų turi detektorius, esančius už kelių ar kelių šimtų mylių. Galbūt svarbus svyravimas įvyksta greitai, todėl labai svarbu uždaryti detektorių.

Sudėtinga tai, kad LSND ir „MiniBooNE“ bendradarbiavime, nors ir atskirti daugiau nei dešimtmetį, dalyvavo keli tie patys asmenys. Taigi, įmanoma, kad jie pakartoja tą pačią klaidą. O gal eksponuoja tą patį spindesį. Sunku tuo įsitikinti.

Taigi, kaip tai išspręsti? Kaip sužinoti, kas teisus? Na, tai yra mokslas, o moksle matas ir pakartojimas laimi argumentą.

Tai gera žinia. Atsižvelgiant į tai, kad „Fermilab“ pasirinko vystyti savo sugebėjimus tyrinėti neutrinus, veikia ne vienas, o trys skirtingi neutrinų eksperimentai, kurie yra vykdomi arba yra statomi, o atstumai tarp neutrinų susidarymo ir aptikimo taškų yra nedideli. Vienas iš jų yra vadinamas „MicroBooNE“ (mažesnė „MiniBooNE“ versija ir su skirtingomis technologijomis), kitas - „ICARUS“ (vaizduojantys kosminius ir retus požeminius signalus), o trečiasis yra SBN (trumpas pradinis neutronų signalas). Visi šie eksperimentai yra daug pranašesni už „MiniBooNE“ ir LSND techninėmis galimybėmis, todėl tyrėjai tikisi, kad per porą metų jie padarys galutinius teiginius apie sterilius neutrinus.

Taigi, koks bus galutinis atsakymas? Nežinau - tai dalykas, susijęs su tyrimais... Tu esi visiškai sumišęs, kol nežinai. Bet aš žinau, kad tai yra žavinga paslaptis, turinti ne vieną staigmenų ir „getchas“ dalį. Esu gana tikras, kad net Šerlokas Holmsas bus suglumęs.

Iš pradžių paskelbta „WordsSideKick.com“.

Donas Linkolnas padėjo šį straipsnį „WordsSideKick.com's“ Ekspertų balsai: op-ed ir įžvalgos.


Vaizdo Papildas: .




Tyrimas


Naujas Robotas Pateikia Užkandžius
Naujas Robotas Pateikia Užkandžius

„Disney“ Konkursas Meta Vaikams Iššūkį Kurti Futuristinę Techniką
„Disney“ Konkursas Meta Vaikams Iššūkį Kurti Futuristinę Techniką

Mokslas Naujienos


Kaip Veikia Mokslinė Kolegų Peržiūra
Kaip Veikia Mokslinė Kolegų Peržiūra

Ar Skaitmeninis Kaupimas Yra Psichikos Sutrikimas (Ir Ar Jūs Jį Turite)?
Ar Skaitmeninis Kaupimas Yra Psichikos Sutrikimas (Ir Ar Jūs Jį Turite)?

Kaip Veikia Skausmas
Kaip Veikia Skausmas

Ar Gyvūnai Turėtų Būti Naudojami Laboratoriniams Tyrimams? (Op-Ed)
Ar Gyvūnai Turėtų Būti Naudojami Laboratoriniams Tyrimams? (Op-Ed)

Dovydo Miesto Atradimas Užpildo Jeruzalės Istorijos Spragą
Dovydo Miesto Atradimas Užpildo Jeruzalės Istorijos Spragą


LT.WordsSideKick.com
Visos Teisės Saugomos!
Dauginti Jokių Medžiagų Leidžiama Tik Prostanovkoy Aktyvią Nuorodą Į Svetainę LT.WordsSideKick.com

© 2005–2020 LT.WordsSideKick.com