Даниэль Фридман (Daniel Freedman), физик-теоретик из Массачусетского технологического института, еще в 1974 году выдвинул теорию о том, что неуловимые частицы нейтрино могут взаимодействовать с ядрами атомов материи не очень обычным способом, заставляя их колебаться с малой амплитудой. Учитывая невозможность регистрации и измерений параметров колебаний атомных ядер в то время, Даниэль Фридман даже отнес свое собственное предположение в разряд "глупой идеи". Но недавно, спустя 40 лет, ученым удалось получить подтверждение теории Фридмана, разработав новый способ регистрации и измерений так называемых "когерентных столкновений нейтрино-ядро". Результаты данного открытия, по мнению ученых, открывают совершенно новые фантастические возможности использования нейтрино в будущем в практических и исследовательских целях.

Напомним нашим читателям, что все элементарные частицы могут взаимодействовать друг с другом при помощи четырех видов фундаментальных сил, сил гравитации, электромагнетизма, сильных и слабых ядерных взаимодействий. Нейтрино отличается от других частиц тем, что они взаимодействуют с другими частицами только посредством сил гравитации и слабых ядерных взаимодействий. И такие виды взаимодействия чрезвычайно сложно обнаружить даже при помощи самого высокочувствительного оборудования.

Традиционный метод, при помощи которого ученые изучают нейтрино, заключается в использовании обратного бета-распада при столкновении нейтрино с протоном. При этом, протон распадается на электрон и нейтрон, движение электрона вызывает слабую вспышку света, которая регистрируется чувствительными фотодетекторами, расположенными в резервуарах, наполненных десятками, сотнями и тысячами тонн чистейшей воды. Такой вид взаимодействия нейтрино с материей является очень редким и поэтому частицы нейтрино еще не изучены на сегодняшний день должным образом.

Как упоминалось выше, Даниэль Фридман выдвинул предположение о том, что нейтрино может взаимодействовать не только с протонами, но и с ядрами атомов целиком. В этом процессе задействованы очень малые энергии, а возникающие при этом колебания ядер атомов имеют очень малую амплитуду. Но события, связанные со столкновениями нейтрино и ядер атомов, происходят гораздо чаще случаев обратного бета-распада протонов. И если была бы возможность регистрации таких событий, то изучать нейтрино можно было бы при помощи относительно небольшого детектора.



Регистрация слабых взаимодействий нейтрино с ядрами атомов была произведена учеными из Национальной лаборатории Ок-Ридж в рамках эксперимента Spallation Neutron Source (SNS). Оборудование этого эксперимента производит череду нейтронных взрывов вдоль линии распространения луча. И в качестве побочного продукта этих взрывов на свет появляется огромное количество частиц нейтрино. Для изоляции нейтрино от остальной массы частиц, рождающихся в недрах установки SNS, ученые использовали бетонную стену, толщиной 20 метров, которая поглотила все более тяжелые частицы.

Для "ловли" нейтрино ученые использовали датчик COHERENT, который представляет собой кристалл из определенного вещества с определенной структурой. При столкновении нейтрино с атомами кристаллической решетки этого кристалла, атомы начинают колебаться и излучать очень слабые вспышки света, который можно обнаружить имеющимися фотодетекторами. Включение и выключение нейтронного луча установки SNS приводило к появлению всплесков и провалов в сигнале фотодетектора, а время изменений этого сигнала совпадало со временем изменений интенсивности нейтронного луча.

Помимо подтверждения теории 40-летней давности, эксперимент COHERENT позволил ученым определить некоторые ограничения, накладывающиеся на поведение частиц нейтрино. "Вполне возможно, что лет так через 50 с данного момента в нашем распоряжении появятся доступные для всех нейтринные технологии, которые сейчас могут являться лишь предметом самой смелой научной фантастики".

Результаты экспериментов ученых из Ок-Риджа взволновали все научное сообщество. И множество научных групп из разных стран пытаются повторить эксперимент для получения дополнительных доказательств, которые обеспечат имеющимся данным высокую статистическую достоверность и переведут все это в разряд доказанного научного открытия. "Я крайне взволнован тем, что мой теоретический эксперимент, предложенный в 1974 году, был исполнен на практике" - пишет Даниэль Фридман, - "И сейчас даже тяжело предсказать, какие новые пути для дальнейшего развития все это откроет перед современной физикой".



Ключевые слова:
Нейтрино, Частица, Взаимодействие, Сила, Ядро, Атом, Колебания, Теория, Эксперимент, SNS, Датчик, COHERENT

Первоисточник

Другие новости по теме:

Физики экспериментально подтвердили теорию об изменчивой природе нейтрино

Данные эксперимента ICARUS опровергают открытие нейтрино, движущихся быстрее скорости света.

Новый детектор нейтрино станет самым большим сооружением в мире из пластика.

Новое открытие о природе нейтрино делает нас на один шаг ближе к разгадке самой большой тайны Вселенной

Последние эксперименты Лаборатории Ферми дают повод считать, что обнаружена элементарная частица совершенно нового типа.

Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.