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

Тождественны ли нейтрино и антинейтрино?

    нейтриноe и антинейтриноe являются соответственно частицей и античастицей. Для выяснения вопроса являются ли нейтриноe и антинейтриноe тождественными частицами или нет, Р. Дэвисом в 1955 г. был поставлен эксперимент по регистрации реакции

антинейтриноe + n----> p + e-.

(1)

Если нейтриноe и антинейтриноe являются тождественными частицами, то реакция (1) должна наблюдаться и сечение ее должно быть ~10-43 см2. Так как в природе нет нейтронных мишеней   эксперимент можно было поставить только на нейтронах, входящих в состав атомного ядра.
    В 1946 г. Б. Понтекорво предложил использовать для этой цели реакцию:

антинейтриноe + 37Cl----> e- + 37Ar.(2)

Если процесс (1) возможен, то под действием потока антинейтрино из реактора один из нейтронов, входящих в состав ядра 37Cl, превращается в протон, что приводит к образованию радиоактивного изотопа 37Ar с периодом полураспада 35.04 дня. В результате e--захвата 37Ar переходит в 37Cl, при этом испускаются электроны Оже с энергией 2.8 кэВ.
    Для регистрации процесса (2) необходимо было использовать большую массу мишени, т.к . по оценкам в случае тождественности нейтрино и антинейтрино, сечение реакции должно было составлять ~0.9*10-43 см2. В качестве мишени использовалось около 4000 литров раствора четырехлористого углерода. Каждый сеанс облучения продолжался 2 месяца. Была разработана специальная методика извлечения изотопа 37Ar из огромного объема мишени. Выделенный аргон помещался затем в низкофоновый пропорциональный счетчик для регистрации его радиоактивности.
    Для величины измеренного экспериментального сечения была получена верхняя оценка

sigma.gif (61 bytes)эксп < 0.25*10-44 см2,

что почти в 45 раз меньше, чем ожидалось увидеть, если бы нейтрино и антинейтрино были бы тождественными частицами.
    Таким образом, из опыта Дэвиса следовало, что нейтриноe и антинейтриноe разные частицы.
    Другим более точным методом проверки тождественности нейтриноe и антинейтриноe является исследование реакций

нейтриноe + N----> e+ + X,(3)
нейтриноe + N----> e- + X(4)

под действием нейтрино, образующихся при распаде K+-мезонов

K+----> e+нейтриноepi0.

X - совокупность всех остальных частиц, образующихся в реакциях (3) и (4). Если нейтрино и антинейтрино являются тождественными частицами, то при облучении нуклонов должно образовываться примерно одинаковое количество электронов и позитронов.
    События, вызванные реакциями (3) и (4) регистрировались с помощью пузырьковой камеры. Идентифицировались случаи реакции с электроном и позитроном в конечном состоянии. Оказалось, что при облучении пузырьковой камеры пучком нейтрино образуются только электроны. Позитроны не наблюдались. С помощью этого метода было показано, что перекрытие состояний <нейтриноe|антинейтриноe> составляет меньше десятых долей процента.
    Наиболее точным методом, с помощью которого можно установить тождественность нейтрино и антинейтрино является наблюдение безнейтринного двойного бета-распада

(A,Z) ----> (A,Z+2) + e+ + e-.

Нейтрино, образовавшееся при бета-распаде одного из нейтронов ядра (A,Z) взаимодействует с другим нейтроном образовавшегося ядра (A,Z+1). В результате такого процесса, который возможен только в случае, если нейтрино и антинейтрино тождественны, рождаются 2 электрона, а заряд ядра увеличивается на две единицы.
    Все попытки обнаружить безнейтринный двойной бета-распад пока окончились безрезультатно, что дало ограничение на перекрытие состояний

|<нейтриноe|антинейтриноe>| < 10-12.

    В готовящемся эксперименте NEMO-3 по поиску безнейтринного двойного бета-распада используется 20 м2 фольги, изготовленной из 10 кг молибдена, обогащенного изотопом 100Mo. Установка позволит достичь чувствительности по периоду полураспада предполагаемого безнейтринного двойного бета-распада в 1025 лет. Это позволит определить массу нейтрино на уровне 0.1 эВ.
    Экспериментальные данные позволяют сделать вывод, что электронное нейтрино и электронное антинейтрино являются различными частицами. Электронное нейтрино всегда в конечном состоянии появляется в паре с позитроном, а электронное антинейтрино - в паре с электроном. При облучении нуклонов в пучке нейтрино в конечном состоянии всегда наблюдаются электроны. Если реакция происходит под действием антинейтрино, среди продуктов реакции всегда присутствуют позитроны, и никогда не наблюдаются электроны.
    Различие в свойствах нейтрино и антинейтрино можно описать, если ввести еще одно внутреннее квантовое число - электронный лептонный заряд Le, приписав электрону и электронному нейтрино значение L= +1, античастицам позитрону и электронному антинейтрино приписав L= -1 и постулировав закон сохранения лептонного заряда (числа). Из закона сохранения лептонного числа следует какие реакции с участием нейтрино возможны, а какие запрещены.

Глюоны
Чармоний, боттоний
Количество поколений фундаментальных фермионов
Слабые взаимодействия. Промежуточные бозоны
Открытие промежуточных бозонов
Слабые распады лептонов и кварков
Распады и реакции в кварковой модели
Слабые взаимодействия нарушают симметрии
Поляризация. Спиральность
Пространственная инверсия. Р-четность.
Примеры процессов с сохранением и без сохранения пространственной четности
Зарядовое сопряжение. Зарядовая четность
Комбинированная инверсия. CP-четность
Нейтральные каоны нарушают CP-симметрию
Осцилляции в пучке нейтральных каонов
Обращение времени
СРТ-теорема
Законы сохранения и симметрии
Атомное ядро
N-Z диаграмма атомных ядер
Масса и энергия связи ядра
Спин ядра
Электрический квадрупольный момент и форма ядра.
Магнитный дипольный момент ядра
Изоспин ядер. Изоспиновые мультиплеты
Дейтрон. Свойства нуклон-нуклонного взаимодействия.
Мезонная теория ядерных сил
Модели атомных ядер
Капельная модель ядра. Формула Вайцзеккера.
Модель ядерных оболочек. Одночастичные состояния.
Коллективные возбуждения ядер.
Законы радиоактивного распада ядер.
Альфа-распад.

Возбуждение люминесценции. Явление впервые изучалось А. Беккерелем, который установил свечение алмаза, сульфида цинка, некоторых солей урана и других веществ вблизи радиоактивных препаратов. Было установлено, что люминесценция возбуждается также во многих веществах органического происхождения. Одним из первых устройств для наблюдения кратковременных вспышек (сцинтилляций) с целью количественных измерений радиоактивности был спинтарископ

Основные вопросы по курсу Физика ядра и частиц