Физика Главная страница Понедельник | 02.08.2021 | 11:34 | RSS 

Наука мира

образовательный портал по физике
Сайт по физике Наука мира
Связь
Кнопка сайта

Наука мира - сайт Тихомолова Евгения

посмотреть другие

Статистика



Онлайн всего: 3
Гостей: 3
Пользователей: 0

Главная » Статьи » Занимательное » Занимательные статьи

Нейтрино высокой энергии из Космоса

Введение

Человечество изучает Вселенную в течение тысяч лет, глядя на увлекательное ночное небо, руководствуясь видимого света, испускаемого мириады звезд и других явлений. В течение последнего столетия новые фотографии ночного неба были обнаружены учеными с использованием различных длин волн света, которые невооруженным глазом не видно, такие как радиоволны, инфракрасное излучение, рентгеновские лучи и гамма-лучи. Каждый раз новые окна в небо открывается, новые неожиданные явления были обнаружены, например, реликтовое излучение от Большого взрыва, нейтронные звезды, активные ядра галактик (AGN), черных дыр, гамма-всплески (GRB) и другие интересные объекты. Сегодня ученые начинают открывать совершенно новые окна с помощью другого элементарных частиц, нейтрино, а фотон, который является элементарной частицы света, используемого для исследования Вселенной. Это новое поле нейтринной астрономии, мы надеемся выявить новые неизвестные явления и помочь нам ответить на некоторые из вопросов, которые мы имеем сегодня.

Нейтрино

Нейтрино является элементарной частицей, которая постулируется в 1930 году Вольфганг Паули , 1945 Лауреат Нобелевской премии в области физики, для того, чтобы решить энергетический кризис в ядерной физике. Ученые испытывали трудности в поиске энергии в радиоактивных распадов и Паули предположил существование частиц, которые он считал унося недостающую энергию. Но прошло несколько лет, прежде чем нейтрино было обнаружено. Это был Клайд Коуэн и Фредерик Райнес , кто первым обнаружены и идентифицированы эту частицу в 1965 году. За свой ​​вклад, Reines был удостоен в 1995 году Нобелевской премии по физике.

Нейтрино, частицы с неясными никакого электрического заряда и лишь взаимодействует с материей через слабые ядерные силы. В последние годы было обнаружено, что нейтрино имеют небольшую массу, развенчание ранее предположение, что это был безмассовым. На солнце, огромное количество нейтрино образуются в процессе термоядерного синтеза, когда четыре атома водорода превращаются в один атом гелия.Несмотря на большое количество нейтрино, в среднем лишь об одном из них будет взаимодействовать с телом человека в течение жизни. Поток нейтрино от Солнца на поверхности Земли составляет 6x10 10 нейтрино на квадратный сантиметр и второе.Нейтрино от процесса сварки на солнце может пройти через несколько световых лет от твердого свинца, прежде чем поглощается веществом. Вероятность того, что нейтрино взаимодействуют с веществом увеличивается, однако, с энергией нейтрино.

Три различных типов нейтрино были замечены: электронное нейтрино электронные нейтрино, мюонное нейтрино мюонных нейтринои тау-нейтрино электронные нейтрино. Эти нейтрино связано с тремя электрически заряженных частиц, электрон, мюон и тау. Все шесть частицы называются лептонов.Когда нейтрино взаимодействует с веществом, он может либо продолжать, как нейтрино, после взаимодействия ("нейтральный ток взаимодействие"), либо создать соответствующий заряженных частиц ("ток заряда взаимодействия»). Электронные нейтрино создает электрон, мюонного нейтрино мюонного и тау-нейтрино тау-лептонов.

мюона
Мюонных нейтрино взаимодействуют с атомами производство мюонов и душ короткоживущих частиц.

 

Во время высокой энергии взаимодействия нейтрино заряженных лептонов будет продолжаться почти в том же направлении, что и входящие нейтрино. В вопросе, электрон, который образуется в процессе взаимодействия будет остановлена ​​на несколько метров то время как мюон, с его большей массы, может продолжаться в течение нескольких километров в зависимости от его энергии. Определение направления созданы мюонов даст направление мюонных нейтрино в пределах нескольких градусов. Это ключ к пониманию нейтрино высоких энергий астрономии.

Низкий и нейтрино высоких энергий

Нейтрино могут быть разделены на две категории, низкой энергии и высокой энергии.Это, конечно, совершенно произвольно деление, но оно отражает производственные процессы и каким образом детекторы построены.

Нейтрино низких энергий производится в основном в ядерных процессах, как термоядерных реакций на солнце или в центре взрыва сверхновой. Нейтрино высокой энергии производится в основном в высоких энергиях столкновений частиц производства короткоживущих мезонов, стремящихся к нейтрино и другие частицы.

В масштабах физики элементарных частиц нейтрино низких энергий с энергией в 10 МэВ (мега электрон-вольт), в то время как нейтрино высоких энергий с энергиями выше 10 -го ГэВ (Гига электрон-вольт).

Источников нейтрино

Солнечные нейтрино

Пока только два источника нейтрино внеземного не наблюдается. Оба низкоэнергетических нейтрино источников. Первым источником является Солнце, из которых Рэймонд Дэвис-младший , 2002 г. Лауреат Нобелевской премии в области физики, удалось поймать среднем половину взаимодействия электронных нейтрино в день своего детектора в течение 20 лет.

Нейтрино Supernova

Вторым источником нейтрино внеземного наблюдалось в течение 10 секунд в 1987 году, когда звезды в Большом Магеллановом Облаке взорвалась как сверхновая, который был позже назван SN1987. Нейтрино от внутренней части крах достиг Земли после путешествия 170000 лет, за несколько часов до прибытия свет. Нейтрино могли передвигаться более или менее непосредственно от центрального крах во внутренней части звезды, но эффект взрыва не было видно на поверхности звезды позже. Около 25 нейтринных взаимодействий наблюдались детекторов на Камиоканде (Япония), Баксан (Sovjet союза) и IMB (США) в течение 10 секунд. Это наблюдение нейтрино от Солнца и сверхновых представляют собой новый вид астрономии, так как нейтрино дают нам информацию от процессов глубоко внутри объектов скрыты от видимого света или фотонов в целом.

Крабовидная туманность
Крабовидная туманность является остатком от взрыва сверхновой 1054 года.В огромном взрыве 99% энергии был выпущен в невидимые нейтрино. Copyright © NASA / CXC / SAO

 

Нейтрино от неизвестных источников космических лучей

Веским аргументом в пользу существования нейтрино высокой энергии из космоса является наблюдение высокой энергии космических лучей .

Ядерные частицы, которые распространяются через глубокий космос для многих миллионов лет, непрерывно бомбардируют атмосферу Земли. При столкновении с земной атмосфере частицы создают души многих короткоживущих частиц. На поверхности Земли мы наблюдаем остатки души в форме около 100 мюонов за квадратный метр и секунда. Очень большие поверхности детектора сегодня измерения интенсивности и энергии космических лучей. Несмотря на открытие космических лучей в начале 1912 года Виктор Гесс , 1936 Лауреат Нобелевской премии в области физики, мы все еще ​​не знаем, откуда они берутся. Мы ожидаем, что большинство частиц создаются при взрывах сверхновых в нашей Галактике, но частицы космических лучей, которые имеют высокий наблюдаемых энергий, как предполагается, приходят из неизвестных источников за пределами нашей галактики. Самый высокий наблюдаемых космических лучей имеют энергии в 50 джоулей. Ускорение процесса предоставления частицы этих экстремальных высоких энергий, не известно. Ни являются источниками этих частиц.Энергия из самых высоких частиц космических лучей в десятки миллионов раз выше, чем самые мощные частиц в мире ускорителя LHC (Large Hadron Collider) сможет достичь, когда она начинается в 2007 году в ЦЕРН, Женева. Если бы "построить" ускоритель протонов с той же энергией, как самый высокий космических лучей на основе LHC сверхпроводящих магнитов, размеры ускорителя должна быть больше, чем траектория Земли вокруг Солнца (LHC имеет в окружности 27 км) . Поскольку космические лучи электрически заряженными, они будут отклоняться от магнитного поля в пространстве.Это означает, что направление космических лучей не указывая на источник. Чтобы обнаружить источник нужны электрически нейтральные частицы, как нейтрино, которые не зависят от магнитного поля. Космических лучей с более чем 10% от максимальной наблюдаемой энергии будет взаимодействовать с микроволнового фона от Большого взрыва и не сможет преодолевать большие расстояния во Вселенной. Источники должны быть "близко", не дальше, чем 50 миллионов световых лет, что является очень "короткие" расстояния в космосе. Существование этих экстремальных космических лучей высоких энергий это настоящая загадка. Когда протоны сталкиваются с фотонами реликтового излучения, мезоны создаются которых в их распады будут производить нейтрино высоких энергий. Они называются ГЗК-нейтрино (после Грейзена, Zatseptin и Кузьмин) и гарантированный источник внеземного нейтрино высоких энергий.

Фотоны имеют даже большей вероятностью, чем протоны быть поглощенным реликтового излучения фотонов, что означает, что Вселенная не является прозрачной для очень фотонов высокой энергии.

Центавр
Центавр А, показанной на рентгеновском Чандра спутника. Что особенного с этим объектом является черная дыра в центре и струя направлена ​​в сторону левого верхнего угла на картинке. Возможным источником нейтрино высоких энергий? Copyright © NASA / САО / R. Jraft и соавт.

 

Есть несколько возможных кандидатов на источники высоких энергий космических лучей.Активных ядер галактик (AGN) является галактикой, которая имеет сверхтяжелые черные дыры в центре. Черная дыра может иметь массу до тысячи миллионов солнечных масс.В центре этих галактик струи структура наблюдается в пределах десятков тысяч световых лет из с выделением большого количества энергии. Струи образуется, когда материи в галактике падает в черную дыру. Фотонов высокой энергии наблюдается от этих объектов и протоны могут быть ускорены, тоже. Еще одним возможным источником являются гамма-всплески (GRB), которые являются странными событиями излучает короткий импульс гамма-лучей в течение долей секунды и до 100 секунд. Они являются наиболее энергичными событий, наблюдаемых во Вселенной. О двух из этих событий происходит каждый день. Они очень далеко, с расстояния до 10 10 световых лет. Возможное объяснение этих событий, что сверхтяжелых звезд рушится в черные дыры или двух нейтронных звезд падения друг в друга. Неизвестные источники высокоэнергетических космических лучей будет производить нейтрино, когда ускоренными протонами высоких энергий сталкиваются с фотонным газом во всем источникам, таким же образом, как и в микроволновом фоне. Столкновения будет производить мезонов, которые распадаются на мюоны и нейтрино и мюоны будут распадаться на электроны (позитроны) и два нейтрино. Эти нейтрино будет путешествовать, не зависит от магнитного поля в пространстве, и если обнаружен на земле, они будут указывать обратно на источники космических лучей.

Поток космических нейтрино могут быть оценены из наблюдений скорости космических лучей высоких энергий и то окажется, что нужны детекторы размером кубических километров, чтобы поймать нейтрино!

Нейтрино от "темной материи"

Нейтрино высоких энергий, хотя и не такими высокими, как упомянутые в предыдущем разделе, могут быть произведены в связи с другим странным наблюдением. Одна из главных тайн в современном физика и астрономия является "темной материи" во Вселенной. Галактик и групп галактик вращаются, как будто они содержат больше материи, чем то, что мы можем наблюдать с нашим стандартным астрономическим инструментам. Только с наблюдаемым видимой материи, галактики должны извлечь звезд и значения в пустом пространстве в связи с быстрым вращением. Но этого не происходит, что указывает, что это еще вопрос в объектах, чем мы можем наблюдать. Это только гравитационная сила, которая чувствует себя неизвестная скрытой материи. Этот вопрос называется "темной материи". Около 30% энергии во Вселенной материи, а остальное в виде неизвестной "темной энергии", которые мы не будем обсуждать в этой статье. Недавние измерения с помощью спутника WMAP показали, что только 4% энергии Вселенной состоит из обычного вещества в виде атомов создании звезд и планет. Остальные 25% от общей энергии, это новое еще неизвестные виды материи.

скопление галактик
Скопление галактик NGC 2300 с трех галактик и газовых облаков.Для того, чтобы сохранить систему гравитационно стабильной примерно в 20 раз больше, чем масса наблюдаемого необходимости. Copyright © NASA / CXC / SAO

 

Один из популярных объяснения темной материи является то, что большая часть этой различного рода материя состоит из слабо взаимодействующих массивных частиц (вимпы), которые были созданы в результате Большого Взрыва, в то же время, как наше обычное дело. Сегодня это поток частиц вокруг нас и создать доминирующую часть материи в нашей галактики. Когда они проходят через Солнце и Землю, они могут стать гравитационных ловушек в центре этих объектов. Частиц темной материи в центрах Землей и Солнцем будет уничтожить или уничтожить друг друга, когда два из них отвечают и производить обычную материю, среди других частиц, нейтрино высоких энергий. Типичный энергии этих нейтрино гораздо выше, чем у электронных нейтрино, рожденных в процессе синтеза на солнце. Наблюдая нейтрино высоких энергий от центра Земли и / или солнце можно получить информацию о темной материи. В то же время, это должно быть очень важное открытие для физики элементарных частиц.

Атмосферных нейтрино

Когда космические лучи попали в атмосферу, короткоживущих частиц производится которой распад, среди прочего, мюонов и мюонных нейтрино. Мюонов распылить на поверхность Земли и поглощается несколько десятков километров в землю. Нейтрино, однако, может легко проходить через всю землю, и они соответствуют нейтринного фона космических нейтрино. В то же время, они могут быть использованы для тестирования нейтринных телескопов. Поскольку космические нейтрино должны иметь, в среднем, более высокие энергии, чем атмосферные нейтрино, этот фон может быть обработано.


Категория: Занимательные статьи | Добавил: Евгений (15.02.2013)
Просмотров: 6291 | Рейтинг: 1.0/1
Похожие материалы
К сожалению, похожего ничего не нашлось
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
Личный кабинет
Наука мира


Поиск
Ссылки