Физика ядра и частиц Взаимодействие частиц с веществом
Электромагнитное взаимодействие Кварки Атомное ядро Магнитный дипольный момент ядра Законы радиоактивного распада ядер. Альфа-распад. Бета-распад Естественная радиоактивность

Курс лекций по ядерной физике, физика атомного ядра и частиц

Электронное антинейтрино обнаружено

    Гипотеза нейтрино была выдвинута В. Паули в 1930 г., чтобы спасти законы сохранения энергии, импульса и момента количества движения в бета-распаде. Проблема заключалась в том, что, несмотря на вполне определенные энергии начального и конечного состояний ядер, электроны бета-распада имели непрерывный спектр. Для объяснения этого Паули предположил, что наряду с электроном образуется еще одна частица - нейтрино, которая уносит часть энергии бета-распада. Паули предсказал свойства нейтрино. Нейтрино является электрически нейтральной частицей со спином s = 1/2, с очень маленькой массой и большой проникающей способностью, т.е. малой величиной сечения взаимодействия с веществом.
    Сечение взаимодействия нейтрино (антинейтрино) с энергией несколько МэВ с веществом ~ 10-43 см2, поэтому для их регистации необходимы большие их потоки, большие объемы вещества, в котором происходят взаимодействия и большое время измерения.
    Доказать существование электронного антинейтрино удалось в 1956 г. Райнесу и Коуэну.

aneutrino.gif (62 bytes) + parrow.gif (70 bytes)e+ + n.

(1)

 

Установка Райнеса и КоэнаВ качестве источника антинейтрино был использован атомный реактор. Образующиеся в реакторе продукты (осколки) деления как правило бета--активны (см. подробнее oб осколках деления). В результате бета-распада осколков образуется большое количество антинейтрино, которые регистрируются с помощью реакции (1). Протонная мишень представляла из себя два бака по 200 л каждый, заполненые раствором хлористого кадмия в воде (CdCl2+H2O). Возникающие в результате реакции (1) позитроны регистрировались по анигиляционным гамма-квантам, образующимся при взаимодействии позитронов с электронами вещества мишени.

e+ + e-arrow.gif (70 bytes) 2гамма

Образующиеся в результате аннигиляции гамма-кванты вызывали световые вспышки в жидких сцинтилляторах (3 емкости по 1200 л каждая), расположенных по обе стороны от протонных мишеней , которые регистрировали 100 фотоумножителей.   Образующиеся в реакции (1) нейтроны замедлялись в мишени до тепловых энергий и поглощались кадмием, который имеет большое сечение захвата (реакция (n,гамма)) тепловых нейтронов. Среднее время  замедления нейтронов в водородосодержащей среде ~ 10 мкс. Таким образом для идентификации антинейтрино регистрировались анигиляционные гамма-кванты и образующиеся приблизительно через 10 мкс гамма-кванты из реакции радиационного захвата на ядрах кадмия.
    В результате опытов Райнеса и Коуэна было обнаружено, что антинейтрино действительно взаимодействует с протоном с образованием в конечном состоянии нейтрона и позитрона. О сложности выполненного эксперимента можно судить пол следующим цифрам. В результате первой серии эксперимента, длившегося 200 часов, было зарегистрировано 567 событий, вызванных взаимодействием антинейтрино с протоном, при этом фон составлял 209 событий. Для величины сечения реакции захвата антинейтрино протоном было получено значение

sigma(aneutrino.gif (62 bytes) p) = 10-43 см2,

что находилось в хорошем согласии с предварительными теоретическими оценками.

Некоторые сведения из квантовой механики

Корпускулярные и волновые свойства частиц. Принцип неопределенности
Волновая функция
Уравнение Шредингера
Потенциальная яма
Операторы
Момент количества движения
Статистики. Принцип Паули
Состояния в классической и квантовой физике

Камера Вильсона - прибор, позволяющий регистрировать след (трек) частицы в веществе, действие которого основано на конденсации пересыщенного пара на ионах, которые создает вдоль свой траектории движущаяся заряженная частица. Цепочка капель, сконденсировавшихся на ионах вдоль траектории движения заряженной частицы, образует трек частицы. При освещении трек становится видимым на черном фоне и фотографируется.

Основные вопросы по курсу Физика ядра и частиц