[image]

Нейтрино

и всё связанное
 
+
+1
-
edit
 

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★★☆
Возможно, одна из самых загадочных частиц. Мало того, что сначала придумали "из головы", не то что никогда еще видев, но даже не рассчитывая увидеть в будущем - только чтобы спасти закон сохранения энергии. Обладает кучей нетипичных свойств, почти не взаимодействует с веществом - самая проникающая из известных. И свойств этих становится всё больше. За пару десятилетий очень много нового - почти целая маленькая революция.

Нейтрино не так давно считалось безмассовой частицей, движущейся строго со скоростью света - т.е. практически как фотон.
Сейчас пришли к выводу, что масса покоя нейтрино очень мала, но всё же не ноль, поэтому они должны всё же двигаться медленнее света. Как именно - вопрос. Мелькнувшие было сообщения о сверхсветовых нейтрино оказались ошибкой эксперимента.
Открыты три типа ("поколения") нейтрино - электронное, мюонное и тау-нейтрино (каждое имеет антинейтрино). По современным представлениям, они могут "превращаться друг в друга на лету" - т.н. осцилляции нейтрино.

Нейтрино — Википедия

Нейтри́но (итал. neutrino — нейтрончик, уменьшительное от neutrone — нейтрон) — нейтральная фундаментальная частица с полуцелым спином, участвующая только в слабом и гравитационном взаимодействиях и относящаяся к классу лептонов. Нейтрино малой энергии чрезвычайно слабо взаимодействуют с веществом: так, нейтрино с энергией порядка 3—10 МэВ имеют в воде длину свободного пробега порядка 1018 м (около 100 св. лет). Каждую секунду через площадку на Земле площадью в 1 см² проходит около 6 × 1010 нейтрино, испущенных Солнцем, однако их влияние на вещество практически никак не ощущается. //  Дальше — ru.wikipedia.org
 

Осцилляции нейтрино:

Нейтринные осцилляции — Википедия

Нейтри́нные осцилля́ции — превращения нейтрино (электронного, мюонного или таонного) в нейтрино другого сорта (поколения), или же в антинейтрино. Теория предсказывает наличие закона периодического изменения вероятности обнаружения частицы определённого сорта в зависимости от прошедшего с момента создания частицы собственного времени. Идея нейтринных осцилляций была впервые выдвинута советско-итальянским физиком Б. М. Понтекорво в 1957 году. Такааки Кадзита и Артур Макдональд получили Нобелевскую премию по физике 2015 года за экспериментальное подтверждение нейтринных осцилляций. //  Дальше — ru.wikipedia.org
 

Обнаружение нового типа осцилляций нейтрино

Юрий Куденко, ИЯИ РАН «Троицкий вариант» №13(82), 5 июля 2011 года • Библиотека научно-популярных статей на «Элементах» • Физика //  elementy.ru
 

Осцилляции нейтрино

    Начало XXI века стало временем сенсационных открытий в области физики нейтрино. Полученные к настоящему времени результаты инициируют дальнейшие экспериментальные и теоретические исследования свойств нейтрино в двух главных направлениях:     Данная статья посвящена изложению основных результатов, достигнутых на этом втором направлении исследований.     Нейтрино относятся к фундаментальным фермионам (см. таблицу) Все указанные в таблице частицы имеют спин J/ћ. Двенадцати фундаментальным фермионам соответствует 12 фундаментальных антифермионов. //  Дальше — nuclphys.sinp.msu.ru
 

Эффект Михеева-Смирнова-Вольфенштейна - тонкий эффект, связанный с осцилляциями нейтрино при прохождении через вещество с переменной плотностью, предсказан в 1985. В т.ч. объясняет несовпадение ожидаемого потока солнечных нейтрино с наблюдаемым. Обнаружен в эксперименте значительно позднее, открытие в принципе нобелевского уровня. Михеева упоминали.

Эффект Михеева — Смирнова — Вольфенштейна — Википедия

Эффе́кт Михе́ева — Смирно́ва — Вольфенште́йна (эффект МСВ, резонансная конверсия нейтрино) — переход нейтрино одного сорта (поколения) в другие в среде с переменной плотностью электронов. Эффект был предсказан и теоретически исследован советскими физиками Станиславом Михеевым и Алексеем Смирновым в 1985 году на основе рассмотренного в 1978—1979 годах американским физиком Линкольном Вольфенштейном случая осцилляций нейтрино в среде с постоянной плотностью. Эффект возникает вследствие пересечения энергетических уровней состояний нейтрино различных поколений. //  Дальше — ru.wikipedia.org
 

Получены первые намеки на эффект Михеева–Смирнова–Вольфенштейна при движении нейтрино сквозь Землю • Игорь Иванов • Новости науки на «Элементах» • Физика

Коллаборация Super-Kamiokande, работающая на одноименном детекторе нейтрино, сообщает, что в данных, накопленных за 18 лет работы, начинает проступать эффект Михеева–Смирнова–Вольфенштейна, вызванный прохождением нейтрино сквозь толщу Земли. До сих пор этот теоретически предсказанный эффект проверялся только косвенно; новый результат представляет собой первую прямую его проверку. //  elementy.ru
 
   51.051.0
+
+1
-
edit
 

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★★☆
Собственно о проблеме солнечных нейтрино и её почти полном разрешении к сегодняшнему дню. В результате можно с высокой долей уверенности утверждать, что понятно, какие ядерные реакции идут на Солнце. И можно не опасаться, что оно уже затухает :)

Ловля солнечных нейтрино: историческая ретроспектива • Алексей Левин • Новости науки на «Элементах» • Физика, История науки

27 августа участники международной коллаборации, работающие на нейтринном детекторе Borexino в итальянской подземной Национальной лаборатории Гран-Сассо, сообщили о первой прямой регистрации нейтрино, которые рождаются на начальном этапе цепочки термоядерных реакций, приводящих к выделению почти всей энергии, генерируемой в центре Солнца. Тем самым они сделали решающий шаг к завершению программы полного детектирования нейтринных потоков солнечного происхождения. Эта программа начала осущестляться ровно полвека назад и стала самым долгоживущим исследовательским проектом во всей истории астрофизики. //  elementy.ru
 

«Солнце взойдет…» — Троицкий вариант — Наука

Увидеть черную дыру. О прекрасной России будущего. «Делать ставку не на проекты, а на людей». Берестяные грамоты сезона 2018. Наука и академический плагиат. Найден ли «ген социальности»? //  trv-science.ru
 

Нейтрино показали главный источник энергии Солнца. На 99% это протон-протонные реакции

Нейтрино показали главный источник энергии Солнца. На 99% это протон-протонные реакции //  nplus1.ru
 

В природе много разных нейтрино - в т.ч. астрофизических (включая солнечные), техногенных (реакторных) и даже геофизических.

Физика нейтрино сверхвысоких энергий

Е.В. Широков     Нейтрино представляет собой электрически нейтральную фундаментальную частицу со спином 1/2, относящуюся к классу лептонов, участвующую только в слабом и  возможно, в гравитационном взаимодействиях. Нейтрино разделяются на три типа: электронное нейтрино, мюонное нейтрино и тау-нейтрино. Возможно наличие у нейтрино ненулевой массы, однако точное значение массы пока остаётся неизвестным.     Нейтрино по своему происхождению можно разделить на несколько больших классов – реликтовые (или космологические) нейтрино, геонейтрино, солнечные нейтрино, атмосферные нейтрино, астрофизические нейтрино, а также нейтрино от искусственных источников – реакторов и ускорителей. //  Дальше — nuclphys.sinp.msu.ru
 

 


Нейтрино, происходящие из недр Земли, позволяют измерить радиогенное тепло.

Коллаборация Borexino рассказала о шестилетних наблюдениях нейтринного свечения Земли

Коллаборация Borexino рассказала о шестилетних наблюдениях нейтринного свечения Земли //  nplus1.ru
 
Нейтринный эксперимент Borexino, впервые поймавший земные нейтрино пять лет назад, занялся изучением их спектроскопии. Новые данные не только уточнили вклад радиоактивности в тепловой баланс Земли, но и доказали, что радиогенное тепло идет и от земной коры, и из мантии.

Это «нейтринное свечение» Земли само по себе ни на что не влияет, но оно несет информацию о том, сколько радиогенного тепла выделяется в ходе этих распадов. С точки зрения теплового баланса, Земля — это огромная печка, выводящая наружу через всю свою поверхность примерно 47 тераватт тепла. Однако до недавнего не было известно, какую часть этого потока порождает радиоактивность, а какая приходится на остаточное тепло Земли. Оценки радиогенного вклада варьировались от 4 до 40 тераватт, и уточнить их без прямого измерения не представлялось возможным.

Единственный способ определить этот вклад напрямую — это поймать геонейтрино и измерить их поток. Земные нейтрино, а точнее антинейтрино, рождаются при распаде изотопа урана или тория не напрямую, а в ходе бета-распада долгоживущих вторичных изотопов. Процесс этот изучен в лаборатории (в частности, для нужд ядерной энергетики), поэтому известна связь между энерговыделением в одном распаде и количеством и энергией вылетающих при этом нейтрино. Земля для нейтрино прозрачна, и все нейтрино, родившиеся в земных недрах, свободно выходят наружу. Поэтому если удастся зарегистрировать и измерить геонейтринный поток, это позволит оценить радиогенную составляющую собственного тепла Земли.
 

Реакторные нейтрино в среднем более энергетические, чем геонейтрино. Более того, спектр ториевых и урановых геонейтрино тоже слегка различается. Поэтому нейтринный спектр, полученный Borexino, позволил не только выделить геонейтрино, но и приблизительно разделить их по происхождению. Это, в свою очередь, позволило напрямую оценить соотношение тория к урану в земных недрах. До сих пор это отношение оценивалось косвенно, исходя из общей теории возникновения Земли. Сейчас наземный эксперимент впервые позволил заглянуть вглубь Земли и смог практически в реальном времени измерить это соотношение. Оно оказалось примерно вдвое больше оценочного; правда, из-за больших погрешностей ни о каком расхождении с теорией речи пока не идет.

Новые данные позволили также уточнить общий вклад урана и тория в радиогенное тепло Земли. Он составляет от 23 до 36 тераватт, а с учетом калия-40, который этим детектором не регистрируется, получается значение, близкое к полной мощности. Более того, благодаря уточненным числам впервые удалось разделить радиогенное тепло по происхождению: оказалось, что примерно половину дает мантия, и половину — вся земная кора. Это первая прямая регистрация того факта, что в мантии тоже активно вырабатывается радиогенное тепло.

Технология детектирования геонейтрино в Borexino настолько хорошо работает, что сейчас единственными ограничивающими факторами являются лишь размеры детектора и время накопления данных. Если удастся построить более масштабную версию той же установки, это откроет новые возможности для точных геофизических исследований.
 
   51.051.0

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★★☆
При помощи регистрации нейтрино принципиально возможен контроль активной зоны ядерных реакторов в реальном времени.

Нейтринный томограф для ядерного реактора • Игорь Иванов • Научно-популярные задачи на «Элементах» • Физика

Для оптимального функционирования ядерного реактора очень желательно научиться напрямую «видеть» то, что происходит внутри активной зоны работающего реактора. Оцените размер нейтринного детектора, который позволит в течение часа почувствовать сильно неоднородное выгорание топлива в активной зоне реактора. Необходимые характеристики реакции деления ядер урана и взаимодействия нейтрино с веществом найдите в интернете. //  elementy.ru
 

Нейтрино позволили рассмотреть реакцию внутри ядерного реактора

Нейтрино позволили рассмотреть реакцию внутри ядерного реактора //  nplus1.ru
 

Запрос от ядерной энергетики
– удаленный мониторинг процесса выгорания топлива и дополнительный (независимый) способ измерения тепловой мощностиреактора для подтверждения безопасного режима работы активной зоны реактора

Обеспечение режима нераспространения делящихся материалов по программам МАГАТЭ (INFCIRC/153, INFCIRC/540):
- выявление несанкционированного производства плутония,
- контроль за процессом накопления плутония в топливе,
- контрольза активной зоной реактора с целью фиксации момента несанкционированной остановки с целью не санкционированного извлечения плутония

Предлагаемый подход
– детектирование потока антинейтрино в реакции обратного бета-распада, чтоделает невозможным фальсификацию данных
 



Совсем недавно создан принципиально новый детектор нейтрино - на когерентном рассеянии нейтрино на ядрах. Детектор, можно сказать, миниатюрный - на фоне огромных многотонных (а то и многосоттонных и многотысячетонных) монстров типа Суперкамиоканде. Правда, возможности у него чуть другие.
Что отдельно радует - присутствует весьма заметный отечественный вклад: причём не только "наши там", а народ из Курчатника, Физтеха (не в смысле лениградского, а в смысле МФТИ), МИФИ.

«Мы увидели процесс, предсказанный 43 года назад»

Интервью с участником проекта COHERENT Дмитрием Акимовым об упругом когерентном рассеянии нейтрино на атомных ядрах //  nplus1.ru
 

 

Таким образом, мы показали, что когерентное упругое рассеяние нейтрино на ядрах тяжелых атомов действительно происходит, причем эксперимент хорошо согласуется с теорией. Наконец-то увидели процесс, который предсказали целых сорок три года назад.

Как можно использовать построенный вами детектор? Можно ли будет заменить им те огромные установки, которые используют сейчас для исследования нейтрино?

Нет, нельзя. Такие эксперименты, как IceCube, Super-Kamiokande, SNO и другие направлены в первую очередь на изучение космических нейтрино, энергия которых много больше, чем пороговые пятьдесят мегаэлектронвольт. При таких энергиях когерентное рассеяние нейтрино на атомных ядрах почти не происходит, поэтому наш детектор в этих экспериментах будет практически бесполезен.

Зато наш детектор интересен с практической точки зрения. Например, его можно использовать для независимого контроля процессов, происходящих на атомных станциях.
 


В принципе, нейтринные детекторы, которые осуществляют мониторинг атомных станций, уже существуют. Однако сечение упругого когерентного рассеяния намного больше, чем сечение процессов, которые используют существующие детекторы. Поэтому детектор, основанный на когерентном рассеянии, получается намного меньше. К тому же при прочих равных скорость счета нейтрино в нем больше, и использовать его для мониторинга удобнее.
 

Observation of coherent elastic neutrino-nucleus scattering

Detecting neutrinos—elementary particles that barely interact with other matter—usually requires detectors of enormous size. A particular interaction of neutrinos with atomic nuclei, called the coherent elastic neutrino-nucleus scattering (CEνNS), is predicted to occur with relatively high probability, and it could be used to drastically reduce the size of neutrino detectors. However, observing this interaction requires a source of low-energy neutrinos and detectors that contain nuclei of optimal mass. Akimov et al. observed CEνNS with a 6.7σ confidence by using a comparatively tiny, 14.6-kg sodium-doped CsI scintillator exposed to neutrinos from a spallation neutron facility (see the Perspective by Link). The discovery places tighter bounds on exotic, beyond-the-standard-model interactions involving neutrinos. Science , this issue p. ; see also p. The coherent elastic scattering of neutrinos off nuclei has eluded detection for four decades, even though its predicted cross section is by far the largest of all low-energy neutrino couplings. This mode of interaction offers new opportunities to study neutrino properties and leads to a miniaturization of detector size, with potential technological applications. We observed this process at a 6.7σ confidence level, using a low-background, 14.6-kilogram CsI scintillator exposed to the neutrino emissions from the Spallation Neutron Source at Oak Ridge National Laboratory. Characteristic signatures in energy and time, predicted by the standard model for this process, were observed in high signal-to-background conditions. Improved constraints on nonstandard neutrino interactions with quarks are derived from this initial data set. : /lookup/doi/10.1126/science.aao0990 : /lookup/doi/10.1126/science.aao4050 //  science.sciencemag.org
 

Также, подозреваю, что по обе стороны океана военные резко вспомнили про концепт нейтринной связи с подводными лодками. Хотя скорее всего пока еще зря.
   51.051.0
+
-
edit
 

FantomAK

опытный

Вот чисто из вредности...
Даже не против западнонизкопоклонства:

Глубоководный нейтринный телескоп мультимегатонного масштаба Baikal-GVD - ИЯИ РАН

В первых числах апреля 2015 г. учеными Института ядерных исследований Российской академии наук (Москва) и Объединенного института ядерных исследований (Дубна), а также ряда российских научных организаций, входящих в коллаборацию "Байкал", развернут и введен в эксплуатацию уникальный экспериментальный комплекс - глубоководный нейтринный телескоп мультимегатонного масштаба "Дубна" на оз. Байкал. Он является первым кластером создаваемого нейтринного телескопа кубокилометрового масштаба Baikal-GVD (Gigaton Volume Detector). //  Дальше — www.inr.ru
 

Российские ученые превратили Байкал в детектор частиц нейтрино

Помните, как то давно мы рассматривали  Нейтринный детектор Супер Камиоканде . Фантастическое сооружение. А вот какая новость пришла недавно. В глубинах озера Байкал начала работу первая группа датчиков нейтрино нового глубоководного телескопа Дубна, проекта, реализуемого совместными… //  masterok.livejournal.com
 

"В период с 1993 г. по 1998 г. на Байкале был развернут первый в мире глубоководный нейтринный телескоп НТ200..."©
ЗЫ: Я его тут недавно вспоминал...
ЗЫЫ: При посиделки "на сибирском куррорте"© каммент отдельно доставил
ЗЫЫЫ: И тут врут!!! Работы по телескопу таки лет на десять раньше были развёрнуты!!!
   
+
-
edit
 

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★★☆
И Байкал и Баксан на слуху, но вот завязанных на них значимых результатов я навскидку не вспоминаю :(
   51.051.0
+
-
edit
 

FantomAK

опытный

Fakir> ...завязанных на них значимых результатов я навскидку не вспоминаю :(
Годы постройки глянь?! Самое начало нашего локального БП...
В 95 празнуя установку НТ200 поднимали за НТ2000
Но вроде как что-то там всёже публиковали
   
+
-
edit
 

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★★☆
Дык речь не о причинах, а о результатах. Уж почему ничего не сделали - вопрос небезынтересный, но если и проходит по ведомству науки, то уж никак не физической; а по-хорошему, этим прокуратуре и трибуналу заниматься.
   51.051.0
+
-
edit
 

spam_test

аксакал

Fakir> Дык речь не о причинах, а о результатах.
А разве с нейтрино масштаб не играет важнейшую роль? Т.е. на мелком детекторе результата и не будет?
   70.0.3538.10370.0.3538.103

Monya

опытный

Fakir> И Байкал и Баксан на слуху, но вот завязанных на них значимых результатов я навскидку не вспоминаю :(
Ну так значимых результатов лет 15 - 20 ждать придётся, ИМХО. Фундаментальная наука, ИЧСХ, фиг проконтролируешь: "то ли спирт казённый жрут, то ли мировосприятие вперёд двигают".
   70.0.3538.8070.0.3538.80

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★★☆
Monya> Ну так значимых результатов лет 15 - 20 ждать придётся, ИМХО.

Ну а у Borexino - уже. Что делать. Потому и о нём: результат интереснее попытки, разве что попытка ну очень оригинальна.
   51.051.0

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★★☆

Физика элементарных частиц в 2018 году. Часть 2 • Игорь Иванов • Новости науки на «Элементах» • Физика, Темная материя, Астрофизика

Несмотря на то, что в 2018 году в физике элементарных частиц совсем ярких сенсаций не произошло, работа теоретиков и экспериментаторов была очень продуктивной. Во второй части обзора основных результатов этого раздела физики обсуждаются главные достижения в физике нейтрино и результаты астрофизических наблюдений, полученные в прошедшем году. //  elementy.ru
 

Подозрения на четвёртое нейтрино. Возможно, тяжёлое - аж 1 эВ.
   51.051.0

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★★☆
Fakir> Совсем недавно создан принципиально новый детектор нейтрино - на когерентном рассеянии нейтрино на ядрах. Детектор, можно сказать, миниатюрный - на фоне огромных многотонных (а то и многосоттонных и многотысячетонных) монстров типа Суперкамиоканде.

Упругое когерентное рассеяние нейтрино на атомном ядре — недавно обнаруженный тип взаимодействия нейтрино низких энергий

Упругое когерентное рассеяние нейтрино на атомном ядре — недавно обнаруженный тип взаимодействия нейтрино низких энергий, Акимов Д.Ю., Белов В.А., Болоздыня А.И., Ефременко Ю.В., Коновалов А.М., Кумпан А.В., Рудик Д.Г., Сосновцев В.В., Хромов А.В., Шакиров А.В. //  ufn.ru
 

Что интересно - потенциально возможным становится определять при помощи рассеяния нейтрино распределение нейтронов в ядре! Нейтрино как бы "чувствует" именно "нейтронный каркас" ядра.
   51.051.0
Это сообщение редактировалось 10.03.2019 в 22:45

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★★☆

Где рождаются нейтрино? — Троицкий вариант — Наука

фото коньяка потом покажите :) Юрий Ковалев (Yuri Kovalev) а вот да, фото коньяка в студию ) Nataliya Demina Пари на семинаре ИЯИ было с проверкой через три года. О_о… обещанного три года ждут. просто интересно, какой марки он будет :) Юрий Ковалев Одна звездочка, две зездочки, три звездочки… черная дыра ) В физике частиц по-настоящему независимо проверить можно только по новым данным. Потому надо копить. Отсюда три года. Даже три года это маловато. Рассчитываем, что Байкал поможет. Изумляет и восхищает смелость авторской космологической находки. //  Дальше — trv-science.ru
 
Самые энергичные нейтрино наблюдаются такими современными нейтринными телескопами, как IceCube на Южном полюсе и детектор на Байкале (Baikal-GVD, основные научные организации — ОИЯИ и ИЯИ). Регулярно обнаруживаются частицы, несущие энергию в несколько петаэлектронвольт (1 ПэВ — единица с пятнадцатью нулями электронвольт). Откуда они приходят, до недавнего времени было неизвестно, и многочисленные поиски источников среди ярких объектов на небе или среди мощных вспышек не давали убедительного результата.
 


Итак, мы сфокусировались на нейтрино, имеющих самую большую энергию, и смогли найти, где они рождаются. Почему это важно и интересно? Дело в том, что нейтрино сверхвысоких энергий (вплоть до энергии хоккейной шайбы, летящей со скоростью 100 км/ч), скорее всего, рождаются в результате взаимодействия релятивистских протонов друг с другом или с излучением. А протон ускорить почти до скорости света очень сложно, ведь это массивная частица. То есть нейтрино высоких энергий — ключик к космическим суперколлайдерам!

Оказалось, что многие нейтрино высоких энергий (мы анализировали энергии больше 0,2 ПэВ) рождаются в самых центрах квазаров, вблизи сверхмассивных черных дыр и релятивистских выбросов вещества из них [1]. Значит, там имеются подходящие условия и энергии для образования таких нейтрино: есть протоны, ускоренные почти до скорости света.

Основная трудность в установлении источников нейтрино — слабое угловое разрешение современных детекторов по сравнению с привычными астрономическими телескопами — типичная погрешность измерения направлений на небе и у IceCube, и у Байкальского телескопа больше градуса. В участки такого размера попадает сразу много далеких космических объектов, и достоверно понять, какой из них ответственен за нейтрино, сложно.
 
   51.051.0

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★★☆

Загадка малых масс нейтрино • Библиотека

Как изучение нейтрино поможет физикам выйти за пределы Стандартной модели? Почему вначале ученые не верили, что нейтрино обладает массой? Как Бруно Понтекорво пришел к идее нейтринных осцилляций? Как возник и развивался Объединенный институт ядерных исследований? Об этом в интервью Яну Махонину рассказывает профессор Самоил Михелевич Биленький, советник при дирекции лаборатории теоретической физики ОИЯИ. В этом году ему исполнилось 92 года, но он сохраняет бодрость духа и ясность ума. //  elementy.ru
 
— Может ли Стандартная модель объяснить значение массы нейтрино?

— На самом деле она массы не объясняет. Существует хиггсовский механизм, который генерирует массы таких частиц, как кварки и лептоны. Значение масс Стандартная модель не может предсказать. Нейтринные массы не могут быть генерированы хиггсовским механизмом — должен быть другой механизм. Нужно построить другую теорию, в которой такой механизм существует.

— Есть ли факты, подтверждающие существование нового механизма?

— Есть три генерации кварков и лептонов. У всех частиц, включая нейтрино, есть массы. Однако мы не очень понимаем, почему электрон такой легкий, а топ-кварк и тау-лептон — такие тяжелые. Мы не очень понимаем структуру масс. Мы не знаем также, почему существует три генерации (а не четыре или одна). Однако мы можем сказать, что массы нейтрино выделяются: они на двенадцать порядков меньше, чем массы кварков и лептонов. Это означает, что должен быть специальный механизм генерации масс нейтрино. Мы должны понять, почему массы нейтрино настолько меньше по сравнению с массами остальных частиц. Это главное, что мы должны объяснить.

— Возможные объяснения уже существуют?

— В принципе, да. Многие из них включают экзотические возможности: дополнительное число степеней свободы, дополнительное измерение пространства (не четыре, а больше), струны и т. д. Однако если оставаться в рамках более обычных теорий, то, с моей точки зрения, самое убедительное физическое объяснение состоит в том, что малые массы нейтрино свидетельствуют о существовании Новой физики вне Стандартной модели, физики частиц с тяжелыми массами. (Эти тяжелые массы задают масштаб Новой физики.) Всё это трудно проверить количественно, но всё-таки мы верим, что тяжелые частицы существуют.

— Допустим, это так. Как в таком случае объясняется масса нейтрино?

— Грубо говоря, масса нейтрино дается произведением стандартной массы (лептонов и кварков) на некий фактор, который представляет собой отношение двух масштабов: того, который определяет Стандартную модель, и того, который определяет Новую физику. Масштаб, который определяет Стандартную модель, известен: 246 гигаэлектронвольт (ГэВ). Это число определяет константа Ферми. А вот новый масштаб нам неизвестен. Но если мы предположим, что он большой, мы сразу понимаем, почему массы нейтрино, которые генерируются новым механизмом, малы по сравнению с массами лептонов и кварков. Мы можем попытаться оценить новый масштаб: порядка 1014 ГэВ.
 



— Почему так важен безнейтринный двойной бета-распад?

— Это единственный процесс, изучение которого позволит нам сказать, являются ли нейтрино дираковскими или майорановскими частицами. Если безнейтринный двойной бета-распад будет наблюден, тогда подтвердится, что нейтрино — майорановские частицы. Если нет, ничего сказать нельзя.
 


Это поиск так называемых стерильных (т. е. невзаимодействующих) нейтрино. Много лет назад на нейтринном детекторе в Лос-Аламосе наблюдались переходы обычных мюонных антинейтрино в стерильные состояния. Мы можем увидеть эффекты стерильных нейтрино, наблюдая осцилляции нейтрино на коротких расстояниях. Есть много экспериментов, в ходе которых стерильные нейтрино как будто наблюдаются, однако во многих экспериментах их не видят. Пришло время окончательно установить, существуют стерильные нейтрино или нет. Один из лучших реакторных экспериментов, который, возможно, позволит нам ответить на этот вопрос, ведут на Калининской АЭС ученые из Дубны — он называется DANSS.
 


как вы отнеслись к предложенной Бруно Понтекорво в 1957 году идее нейтринных осцилляций?

— Тогда я совершенно не интересовался нейтрино. Я начал заниматься физикой нейтрино с Бруно Максимовичем только в 1970 году. Вообще, в течение многих лет осцилляциями нейтрино никто не интересовался, потому что физики твердо верили, что у нейтрино нет массы; а если массы нет, то и осцилляции невозможны. Наше сотрудничество с Бруно Максимовичем было связано с совсем другой проблемой. В это время появился препринт работы очень известного американского физика Фредерика Рейнеса, который впервые наблюдал нейтрино и впоследствии получил за эти исследования Нобелевскую премию. Он опубликовал весьма странную экспериментальную работу, в которой измерял рассеяние нейтрино на электронах. Сечение этого процесса у него оказалось в двести раз больше, чем предсказывалось теорией. Это вызвало недоумение и огромный интерес, в частности у Бруно Максимовича.
 


Даже людям, далеким от нейтрино, было понятно, что мы ничего не знаем о взаимодействии нейтрино между собой. Взаимодействие нейтрино с протонами и электронами было известно — по крайней мере, теоретически. Мы начали думать, какие опыты позволили бы получить информацию о взаимодействии между нейтрино. Вскоре Рейнес нашел ошибку в своем эксперименте: оказалось, что довольно значительный гамма-фон давал электроны отдачи. Соответственно, результат Рейнеса исчез, но вопрос о взаимодействии между нейтрино — остался. И в течение двух лет мы с Бруно Максимовичем и моими студентами проверяли разные возможности. Из экспериментальных данных на тот момент можно было сделать заключение, что даже сильное взаимодействие между нейтрино не исключено. Опыты, которые мы предложили, были выполнены. Сейчас уже известно, что взаимодействие между нейтрино действительно слабое.
 


— Почему общий интерес к проблеме осцилляций нейтрино возник только на рубеже 1980-х годов?

— В начале 1980-х мы начали ставить специальные эксперименты по поиску осцилляций нейтрино. Я уже говорил, что значительный интерес к этой проблеме возник после опыта Рейнеса, который утверждал, что наблюдает осцилляции нейтрино. Впоследствии оказалось, что это был ошибочный эксперимент. Главный интерес к проблеме масс и осцилляций нейтрино возник в связи с теориями Великого объединения (Grand Unified Theories, GUT). (Тогда были очень модны теории, объединяющие слабые, электромагнитные и сильные взаимодействия.) В таких теориях, естественно, появляются массы нейтрино. Физики стали думать, что если увидеть эффекты массы нейтрино, то это будет свидетельствовать о правильности GUT.
 
   50.050.0
LT Bredonosec #06.05.2021 00:35
+
-
edit
 

Нейтрино в 100 тераэлектронвольт прилетело из созвездия Дельфина.

Черезвычайно высокоэнергетическое нейтрино, обнаружили 1 октября 2019 года с помощью нейтринной обсерватории IceCube на Южном полюсе. Призрачная частица, которая врезалась в Антарктиду , была прослежена до черной дыры, разрывающей звезду, действуя как гигантский ускоритель космических частиц. Нейтрино имел энергию более 100 тераэлектронвольт. Для сравнения, это по крайней мере в 10 раз больше //  zen.yandex.ru
 

Черезвычайно высокоэнергетическое нейтрино, обнаружили 1 октября 2019 года с помощью нейтринной обсерватории IceCube на Южном полюсе. Призрачная частица, которая врезалась в Антарктиду , была прослежена до черной дыры, разрывающей звезду, действуя как гигантский ускоритель космических частиц. Нейтрино имел энергию более 100 тераэлектронвольт. Для сравнения, это по крайней мере в 10 раз больше максимальной энергии частиц, которая может быть достигнута в самом мощном ускорителе частиц в мире-Большом адронном коллайдере.

Чтобы выяснить происхождение столь мощного нейтрино, ученые проследили его путь в космосе. Они обнаружили, что он, вероятно, пришел из галактики, обозначенной как "2MASX J20570298+1412165" в созвездии Дельфина, и находится примерно в 750 миллионах световых лет от Земли.

Примерно за полгода до того, как ученые обнаружили высокоэнергетическое нейтрино, астрономы наблюдали свечение этой галактики с помощью транзиторной установки Цвики на горе Паломар в Калифорнии. Этот свет, вероятно, исходил от черной дыры, разрывающей звезду, так называемого приливного разрушения, получившего название "AT2019dsg. После того, как сверхмассивная черная дыра в галактике 2MASX J20570298+1412165 разорвала звезду, примерно половина её обломков была выброшена в космос, а остальная часть образовала светящийся аккреционный диск вокруг черной дыры. Исследователи предполагают, что звезда подошла слишком близко к сверхмассивной черной дыре. По мере того как материя из этой разобранной звезды попадала в этот диск, она нагревалась и светила достаточно ярко, чтобы астрономы могли видеть ее с Земли.

Теоретические исследования давно предсказывали, что нейтрино могут возникать в результате приливных разрушений. Эта работа является первым наблюдательным доказательством, подтверждающим это утверждение. Новые находки проливают свет на события приливного разрушения, о которых многое остается неизвестным. В частности, исследователи предположили, что нейтрино возникло из струй вещества, вылетающих из аккреционного диска черной дыры почти со скоростью света.

Хотя эти релятивистские струи, вероятно, извергали много различных видов частиц, это были в основном электрически заряженные частицы, которые отклоняются межгалактическими магнитными полями, прежде чем они могут достичь Земли. Напротив, нейтрино (которые не имеют заряда) могут перемещаться по прямой линии, как световые лучи от события приливного разрушения.

Это второй раз, когда ученые проследили путь высокоэнергетического нейтрино к его источнику. Впервые в 2018 году астрономы отследили такое нейтрино до blazar TXS 0506+056, огромной эллиптической галактики с быстро вращающейся сверхмассивной черной дырой в центре.
   88.088.0

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★★☆

Нейтрино: массы, взаимодействия и лабораторные эксперименты

Нейтрино: массы, взаимодействия и лабораторные эксперименты, Шимковиц Ф. //  ufn.ru
 
Нейтрино: массы, взаимодействия и лабораторные эксперименты
Ф. Шимковиц

Атомное ядро открывает уникальные возможности для изучения фундаментальных свойств и взаимодействий нейтрино. В центре исследований лежат природа нейтрино (дираковская или майорановская), иерархия масс, абсолютный масштаб масс нейтрино и возможное существование дополнительных стерильных нейтрино. В обзоре кратко рассматривается прогресс в области лабораторных измерений фундаментальных свойств нейтрино, достигнутый за последнее время.
 
   56.056.0

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★★☆

Загадка малых масс нейтрино - Троицкий вариант — Наука

Как изучение нейтрино поможет физикам выйти за пределы Стандартной модели? Почему вначале ученые не верили, что нейтрино обладает массой? Как Бруно Понтекорво пришел к идее нейтринных осцилляций? Как возник и развивался Объединенный институт ядерных исследований? Об этом в интервью Яну Махонину рассказывает профессор Самоил Михелевич Биленький, советник при дирекции Лаборатории теоретической физики ОИЯИ. В этом году ему исполнилось 92 года, но он сохраняет бодрость духа и ясность ума. //  trv-science.ru
 
Вообще, в течение многих лет осцилляциями нейтрино никто не интересовался, потому что физики твердо верили, что у нейтрино нет массы; а если массы нет, то и осцилляции невозможны.

Наше сотрудничество с Бруно Максимовичем было связано с совсем другой проблемой. В это время появился препринт работы очень известного американского физика Фредерика Рейнеса, который впервые наблюдал нейтрино и впоследствии получил за эти исследования Нобелевскую премию. Он опубликовал весьма странную экспериментальную работу, в которой измерял рассеяние нейтрино на электронах. Сечение этого процесса у него оказалось в двести раз больше, чем предсказывалось теорией. Это вызвало недоумение и огромный интерес, в частности у Бруно Максимовича.

— Какова была его реакция?

— Он эту работу Рейнеса изучил и рассказал о ней на семинаре в Лаборатории ядерных проблем ОИЯИ. Я был на этом семинаре и, когда он закончился, решил обсудить с Бруно Максимовичем вопрос о том, как могли появиться такие результаты. Тогда я был еще далек от изучения нейтрино, но, тем не менее, спросил у Бруно Максимовича, не может ли это быть результатом сильного взаимодействия между нейтрино. Вначале он особо не отреагировал, практически ничего не ответил. А на следующее утро позвонил и сказал: «Знаете, это очень интересная идея, давайте над этим работать». И мы начали работать.

— В чем заключалась ваша работа?

— Даже людям, далеким от нейтрино, было понятно, что мы ничего не знаем о взаимодействии нейтрино между собой. Взаимодействие нейтрино с протонами и электронами было известно — по крайней мере, теоретически. Мы начали думать, какие опыты позволили бы получить информацию о взаимодействии между нейтрино. Вскоре Рейнес нашел ошибку в своем эксперименте: оказалось, что довольно значительный гамма-фон давал электроны отдачи. Соответственно, результат Рейнеса исчез, но вопрос о взаимодействии между нейтрино — остался. И в течение двух лет мы с Бруно Максимовичем и моими студентами проверяли разные возможности. Из экспериментальных данных на тот момент можно было сделать заключение, что даже сильное взаимодействие между нейтрино не исключено. Опыты, которые мы предложили, были выполнены. Сейчас уже известно, что взаимодействие между нейтрино действительно слабое.
 




— Почему общий интерес к проблеме осцилляций нейтрино возник только на рубеже 1980-х годов?

— В начале 1980-х мы начали ставить специальные эксперименты по поиску осцилляций нейтрино. Я уже говорил, что значительный интерес к этой проблеме возник после опыта Рейнеса, который утверждал, что наблюдает осцилляции нейтрино. Впоследствии оказалось, что это был ошибочный эксперимент. Главный интерес к проблеме масс и осцилляций нейтрино возник в связи c теориями Великого объединения (Grand Unified Theories, GUT). (Тогда были очень модны теории, объединяющие слабые, электромагнитные и сильные взаимодействия.) В таких теориях, естественно, появляются массы нейтрино. Физики стали думать, что если увидеть эффекты массы нейтрино, то это будет свидетельствовать о правильности GUT. В 1970 году Реймонд Дейвис, самый большой американский энтузиаст исследования солнечных нейтрино, и его группа начали эксперимент, в котором они впервые наблюдали солнечные нейтрино и получили данные в пользу осцилляций нейтрино. В 2002 году за наблюдение солнечных нейтрино Дейвис получил Нобелевскую премию.

— Опыт Дейвиса был связан с предыдущими исследованиями Бруно Максимовича?

— Дейвис использовал радиохимический хлор-аргонный метод, который предложил Понтекорво в 1946 году. В его подземном эксперименте использовался большой детектор. Он наблюдал меньше нейтрино, чем предсказывала стандартная солнечная модель. Если всерьез воспринимать модель Солнца, то это кризис (его назвали Solar Neutrino Puzzle). Многие думали, однако, что «нехватка» солнечных нейтрино может быть связана с тем, что мы не до конца понимаем Солнце и не можем предсказать поток нейтрино от Солнца. Понтекорво результат Дейвиса воспринимал довольно серьезно и думал, что это эффект осцилляций нейтрино. Я его идею всячески поддерживал, и мы на эту тему написали статью. Потом оказалось, что это действительно так, но дело не только в осцилляции нейтрино. Главную роль играют эффекты когерентного рассеяния нейтрино в веществе Солнца, которые приводят к ослаблению потока солнечных нейтрино (так называемый эффект Михеева — Смирнова — Вольфенштейна).
 

Нейтрино нужно разговорить - Троицкий вариант — Наука

Почему нейтрино почти не взаимодействует с обычным веществом и прошивает насквозь миллиарды звезд? Могут ли нейтрино быть частицами загадочной темной материи? Какую информацию они нам сообщают об эволюции галактик и Вселенной? Об этом и многом другом журналист Ян Махонин поговорил с докт. физ.-мат. наук Дмитрием Наумовым, зам. директора по научной работе Лаборатории ядерных проблем Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне. //  trv-science.ru
 
Нейтрино по-прежнему играет роль возможного кандидата на роль темной материи. И снова всё зависит от того, какие у нейтрино свойства и масса. Если бы масса нейтрино была слишком маленькая, то такая темная материя приводила бы, на­оборот, к тому, что никакие галактики не могли бы образоваться. Если масса нейтрино потяжелее, они могли бы играть роль темной материи.
 


Польза от нейтрино «для народного хозяйства»

— Что вы можете сказать о прикладных исследованиях в области нейтринной физики?

— Меня очень часто спрашивают, какую пользу можно извлечь из этих исследований. На это можно посмотреть с разных точек зрения. Первая — это очевидная практическая польза. Можно ли нейтрино, так сказать, использовать в народном хозяйстве? Можно. Например, есть ядерные реакторы, которые излучают антинейтрино. Это происходит просто потому, что обычные ядра, когда они разваливаются и выделяют энергию, переходят в ядра, богатые нейтронами. Эти ядра нестабильные, они распадаются сами по себе и генерируют антинейтрино. Людям, которые работают на ядерных реакторах, в каком-то смысле нет дела до нейтрино. Их интересует только ядерная энергия. Однако ядерный реактор в то же время является и очень интенсивным источником антинейтрино, причем бесплатным. Можно поставить недалеко свой детектор, измеряющий нейтрино, — он уже есть, например, на ­Калининской атомной станции в Тверской области.

— В какой обстановке проводятся эти эксперименты?

— На Калининской АЭС находятся четыре реактора, и под каждым из них согласно проекту существует пустая комната. ОИЯИ и Институту теоретической и экспериментальной физики (ИТЭФ) благодаря договоренностям с Росатомом было разрешено поставить в эту комнату научное оборудование. Таким образом, получилось создать лабораторию с самым маленьким расстоянием до центра ядерного реактора — порядка 8 метров.

Детектор массой около тонны может регистрировать огромные потоки нейтрино, собирая большую статистику данных — порядка пяти тысяч событий в день. Один из экспериментов — это поиск стерильных нейтрино, другой — поиск возможного магнитного момента у нейтрино, третий — исследование и измерение вероятности когерентного рассеяния нейтрино на ядре.

— Поясните, пожалуйста, о чем идет речь.

— Процесс когерентного рассеяния весьма интересен, поскольку на фундаментальном уровне нейтрино взаимодействует с протонами и нейтронами, из которых состоит ядро. Еще точнее — с кварками, из которых состоят протоны и нейтроны. Так вот, при энергиях нейтрино порядка нескольких миллионов электронвольт оказывается, что вероятность взаимодействия нейтрино с ядром, содержащим N нейтронов, больше соответствующей вероятности взаимодействия с одним нейтроном в N2 раз! Этот эффект возникает в результате когерентного сложения амплитуд вероятности и служит замечательной иллюстрацией законов квантовой механики. Недавно этот процесс был обнаружен коллаборацией COHERENT.


— Каково практическое значение таких экспериментов?

— Могу привести пример. В процессе работы промышленного ядерного реактора вырабатываются не только полезная энергия, но и ядра плутония-239. Теоретически он может быть использован для создания ядерного оружия. Поэтому очень важно контролировать его производство, и общество тратит на это немалые средства и силы. Регистрация антинейтрино от ядерного реактора является, среди прочего, надежным способом измерения количества ядер плутония-239 в реакторе.

Не менее, а, может быть, даже более важна польза от развития технологий, связанных с исследованием нейтрино, необходимых для того, чтобы сделать следующий шаг в науке.

— То есть с помощью нейтрино можно осуществлять контроль за ядерной безопасностью?

— Да. К тому же нейтрино невозможно обмануть.


Методика, использующая нейтрино для оценки количества рожденного плутония-239, сейчас в стадии разработки. В рамках международного эксперимента на АЭС Daya Bay в Китае мы с коллегами надежно доказали, что это работает. Мы этот эффект увидели, и в разных научных центрах исследуются возможности его прикладного применения.

— Как еще может практически применяться нейтрино?

— Поскольку нейтрино довольно слабо взаимодействует с веществом, оно может без проблем пройти сквозь Землю. Но чем больше вещества, тем чаще нейтрино с ним взаимодействует. Более того, число взаимодействий нейтрино внутри нашей планеты будет зависеть от типа атомов тех или иных веществ, от того, сколько протонов и нейтронов в ядрах этих атомов. Никаких других надежных способов проникнуть внутрь и узнать, из каких химических элементов состоит Земля, пока не существует. Для томографии Земли можно использовать атмосферные нейтрино.
 
   56.056.0
Это сообщение редактировалось 01.02.2022 в 23:32

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★★☆

Осцилляции физических гипотез: короткие гамма-всплески и стерильные нейтрино • Новости науки

Обнаружен новый способ получения информации о процессах, непосредственно следующих за слиянием нейтронных звезд: теперь есть основания считать, что для этой цели удастся использовать спектральный анализ гамма-всплесков. Одновременно обнародованы результаты трехлетнего эксперимента, которые опровергли давнюю гипотезу о возможном открытии так называемых стерильных нейтрино. //  elementy.ru
 
международная коллаборация физиков-ядерщиков обнародовала результаты трехлетнего эксперимента на французском ядерном реакторе в Гренобле, которые опровергли гипотезу двенадцатилетней давности о возможном открытии так называемых стерильных нейтрино.
сообщения 11 января появились в журнале Nature.
 


The STEREO Collaboration. STEREO neutrino spectrum of 235U fission rejects sterile neutrino hypothesis // Nature. 2023. DOI: 10.1038/s41586-022-05568-2.

STEREO neutrino spectrum of 235U fission rejects sterile neutrino hypothesis - Nature

Accurate measurements of the antineutrino energy spectrum of 235U fission by the STEREO detector reject the sterile neutrino hypothesis and point to biases in the nuclear data to explain the discrepancies with the prediction. //  www.nature.com
 



Где вы, майорановские нейтрино?

... ее авторы в ходе тщательных экспериментов опровергли информацию более чем десятилетней давности о возможном открытии так называемых стерильных нейтрино. Вероятно, этот странновато звучащий термин знаком не всем, поэтому стоит сначала рассказать, о чем идет речь.


...


...Симметрии Стандартной модели допускают существование частиц, которые являются точными копиями своих античастиц. В микромире они пока не обнаружены (хотя их аналоги выявлены в физике твердого тела), но теория их не запрещает. Уравнение для таких частиц еще в 1937 году появилось в полном смысле слова провидческой статье Teoria simmetrica dell'elettrone e del positrone («Симметричная теория электронов и позитронов»), которую опубликовал в журнале Il Nuovo Cimento чрезвычайно одаренный молодой итальянский физик с очень трагической судьбой Этторе Майорана — поэтому их называют майорановскими. В силу тех же симметрий майораном может быть только электрически нейтральная частица с половинным спином. В «зоопарке» Стандартной модели этому критерию отвечают только нейтрино. Так что можно предположить, что в дополнение к уже известным трем разновидностям нейтрино (их называют дираковскими) природа создала и четвертое семейство. Эта идея была впервые высказана в 1996 году и до сих пор остается гипотезой.

А дальше начинается самое интересное. Все нейтрино несколько десятилетий считали безмассовыми. Сейчас известно, что массы у них все же есть, хотя они точно не известны и почти наверняка не превышают малых долей электронвольта. Однако же, если, помимо дираковских нейтрино, существуют и майорановские, они могут иметь куда большие массы, измеряемые несколькими электронвольтами либо даже десятками или сотнями эВ. Еще важнее, что, в силу все тех же фундаментальных симметрий, такие нейтрино при нормальных условиях практически не принимают участия в слабых взаимодействиях Стандартной модели, которые «чувствуют» дираковские нейтрино, и потому не замечают прочих элементарных частиц Стандартной модели. Именно поэтому их и называют стерильными.

Физикам известны пути к детектированию майорановских нейтрино, но до сих пор такие эксперименты неизменно давали нулевые результаты. Например, ядро ксенона с атомным весом 136 хотя и имеет очень большое время жизни (свыше 1021 лет), но все же превращается в ядро бария-136, пару электронов и пару электронных антинейтрино. Будь среди нейтрино майорановские частицы, был бы возможен тот же самый распад ксенона в барий, но уже только с одними электронами. Эта реакция, как и другие подобные превращения (так называемый двойной безнейтринный бета-распад) до сих пор не обнаружена, несмотря на все усилия экспериментаторов.

Но есть и другой способ. Если бы нейтрино были абсолютно безмассовыми частицами наподобие фотонов, то свободно летящие нейтрино разных ароматов не могли бы превращаться друг в друга. Однако сколько-нибудь массивные нейтрино на такие превращения способны, и они уже давно зарегистрированы. В частности, подобные процессы, так называемые нейтринные осцилляции, наблюдаются при мониторинге потоков электронных антинейтрино, которые в изобилии испускают работающие ядерные реакторы. Если допустить существование майорановских частиц, то можно предположить, что они тоже будут участвовать в этих осцилляциях, хотя и реже своих дираковских собратьев. В частности, какая-то часть электронных нейтрино по выходе из реактора перейдет в нейтрино майорановского типа. Физически такая гипотеза вполне осмысленна. Этот эффект должен проявляться в каком-то (возможно, очень незначительном) дефиците плотности выходящих из активной зогны реактора «обычных» нейтрино по сравнения с ожидаемым уровнем. Если бы такой дефицит и вправду был замечен, то его нельзя было интерпретировать иначе как аномалию.

Подобная аномалия как раз и была обнаружена в 2011 году. Оказалось, что потоки антинейтрино, измеренные в разное время на выходе из нескольких реакторов, включая и российскую установку в Красноярске, в среднем на 5,7% ниже расчетных значений (см. G. Mention et al., 2011. The reactor antineutrino anomaly). Именно в этой статье появился быстро вошедший в употребление термин «reactor antineutrino anomaly». Разумеется, она не могла не привлечь внимания специалистов. Вскоре для ее проверки были поставлены контрольные эксперименты, которые не дали однозначных результатов. Так что вопрос на время остался открытым.

И вот теперь он закрыт — по крайней мере, в главной части. Коллаборация STEREO (это сокращение расшифровывается как Search for Sterile Reactor Neutrino Oscillations) опубликовала результаты своего эксперимента, который проводился в Гренобле на исследовательском ядерном реакторе Института Лауэ-Ланжевена с тепловой мощностью в 58 мегаватт. Ученые установили на дистанциях от 9 до 11 метров от активной зоны реактора, загруженного ураном-235, шесть независимо работающих сцинтилляционных детекторов, которые действовали с октября 2017 года по ноябрь 2020-го. В целом эти счетчики зарегистрировали 107 558 электронных антинейтрино, которые участвовали в реакциях обратного бета-распада, где эти частицы взаимодействовали с протонами, давая начало нейтронам и позитронам.


Рис. 2. Схема эксперимента по поиску стерильных нейтрино. Шесть ячеек со сцинтилляционными детекторами были установлены на расстоянии 9–11 метров от реактора (58-MW compact core). На врезке показаны теоретические предсказания для энергетических спектров частиц, зарегистрированных первой и шестой ячейками.

И каков же итог? Обнаруженный в 2011 году дефицит электронных антинейтрино наблюдался по-прежнему, причем практически на неизменном уровне — 5,5% (аналогичные результаты были обнародованы еще в конце 2019 года, но тогда они базировались на регистрации 65 500 антинейтрино). Однако энергетический спектр детектированных частиц оставался тем же самым на разных расстояниях детекторов от реактора. Это было бы невозможно, если бы дираковские электронные антинейтрино осциллировали в майорановские частицы, поскольку в таком случае разные детекторы выдавали бы сигналы неодинаковой формы (см. очень наглядную иллюстрацию в заметке заместителя директора Института физики высоких энергий Академии наук КНР Джуна Као (Jun Cao), опубликованной в том же выпуске Nature).

Что же мы имеем в сухом остатке? Аномалия с дефицитом плотности вышедших из реактора электронных антинейтрино сохранилась, но ее уже нельзя объяснить превращением обычных частиц в стерильные. Возможно, дело в каких-то неучтенных особенностях работы реакторов — но это только предположение.





Наблюдаемый дефицит электронных антинейтрино получается на основе обсчета результатов на базе так называемой модели Мюллера-Хьюбера. Возможно, она чего-то не учитывает. Но точно пока никто не знает.
 
   56.056.0
+
-1
-
edit
 

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★★☆

Госпремии по науке и технике: отмечены практики

Высшую научную награду страны все чаще вручают за достижения в медицине. В этом году ее получили практикующие онкохирурги и генетики. Внимание государства к их заслугам говорит о новом векторе научной политики, направленном на поддержку прикладной науки и включение высокотехнологичной медицины ... //  expert.ru
 
В этом году госпремию получили руководитель отделения физики нейтрино Курчатовского института, заведующий кафедрой «Физика элементарных частиц» МИФИ Михаил Скорохватов и ведущий научный сотрудник Курчатовского института Владимир Копейкин, которые, как заявлено в материалах комитета премии, сформировали новое научное направление — прикладную физику реакторных антинейтрино.

В Курчатовском институте еще в 1970-е годы была создана нейтринная лаборатория, в которой начались исследования антипода нейтрино — реакторных антинейтрино. В этих работах на основании изучения свойств и взаимодействий антинейтрино впервые в мире было экспериментально показано, что нейтринное излучение атомного реактора, образующееся в ходе цепной реакции деления, дистанционно дает ценную информацию о текущей мощности работающего реактора и составе его активной зоны.

Впоследствии в институте был разработан опытный образец нейтринного детектора, который в настоящее время проходит испытания на Калининской АЭС. «В перспективе он должен работать в режиме “черного ящика” — постоянно передавать в контрольный центр данные об энерговыработке и изотопном составе ядерного топлива, включая выгорание изотопов урана и накопление изотопов плутония», — рассказал «Эксперту» один из создателей прибора, теперь уже лауреат госпремии Михаил Скорохватов.

Предназначение детектора — автономное непрерывное измерение процессов в реакторе даже в случае ЧП, когда внутриреакторные приборы контроля могут быть обесточены или разрушены. Так, во время чернобыльской и фукусимской аварий специалистам было непонятно, протекает или нет цепная реакция в вышедших из строя реакторах, тогда как эта информация была необходима для принятия адекватных решений.

Кроме того, нейтринные методы контроля не подвержены фальсификации и представляют интерес для поддержания гарантий нераспространения ядерного оружия при поставках реакторов в третьи страны.

«Когда реактор АЭС загружается свежим топливом, в первые месяцы нарабатывается оружейный плутоний, который может быть извлечен для незаконного производства ядерной бомбы. И эксперты МАГАТЭ признают, что нет действенных методов контроля за этим процессом: пломбы, камеры наблюдений — все данные можно сфальсифицировать. Единственный надежный способ контроля — нейтринный. По данным с нейтринного детектора в течение часа контролеры смогут выявить остановку реактора и организовать инспекцию для предотвращения незаконных действий», — пояснил нам Михаил Скорохватов.

Ученый убежден, что создание индустриальных детекторов нейтринного контроля позволит МАГАТЭ потребовать от всех стран внедрения таких приборов при строительстве АЭС. Остро стоит и вопрос о применении гарантий МАГАТЭ к эксплуатации транспортабельных (плавучих) атомных энергоблоков, которая вообще не обеспечена независимой проверкой. Те, у кого не будет таких технологий, не смогут беспрепятственно продавать реакторы в третьи страны. В гонке за создание нейтринных методов контроля атомных реакторов помимо России участвуют США, Франция, Южная Корея, Китай, Япония. Россия здесь является признанным лидером как в теории, так и в экспериментах.
 
   56.056.0

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★★☆

Российские ядерщики запустили сердце ближнего нейтринного детектора Т2К и HK в Японии – Троицкий вариант — Наука

Skip to content Встроенные отзывы Посмотреть все комментарии Оценить:  (4 оценок, среднее: 4,00 из 5) Загрузка... //  Дальше — www.trv-science.ru
 
T2K — это международная нейтринная коллаборация, в которой участвуют около 500 ученых из более чем 60 исследовательских учреждений 12 стран Европы, Азии и Северной Америки, она нацелена на продолжение изучения процессов осцилляций нейтрино — квантовомеханического явления, при котором движущиеся с околосветовыми скоростями нейтрино меняют свой тип, «аромат» (или флейвор, от англ. flavour), взаимопревращаясь в электронные, мюонные и тау-нейтрино (νe, νμ, ντ). Искусственные нейтрино, участвующие в этом эксперименте, производятся в процессе работы синхротрона — протонного ускорителя частиц, находящегося на востоке Японии, в поселке Токай (в 120 км к северу от Токио), в ускорительном комплексе J-PARC, а нейтринная обсерватория Камиока (занимающаяся также регистрацией нейтрино из естественных источников) располагается около города Хида (тот же центральный японский остров Хонсю) в горном массиве в Японских Альпах, в подземной выработке в 295 км северо-западнее Токио — на расстоянии, соответствующем первому максимуму нейтринных осцилляций.

Идея подобных экспериментов, которые собственно и привели к однозначному подтверждению нейтринных осцилляций (предположения о которых возникли в связи с наблюдаемым дефицитом солнечных нейтрино) — это изучение искусственных нейтрино, рождающихся в удаленных от места регистрации ускорителях или ядерных реакторах с известными параметрами. Свойства и состав первоначального потока нейтрино до возможных осцилляций изучаются системой ближних детекторов, расположенных в 280 м от места производства пучка на площадке J-PARC, а затем — в удаленном гигантском детекторе.

Гипотеза об осцилляциях нейтрино выдвинута в 1957 году работавшим в СССР итальянским физиком Бруно Понтекорво (1913–1993). Нейтрино определенного «аромата» от ускорителей или ядерных реакторов точно так же «исчезают» на пути к детектору, как и на пути к Земле от Солнца, превращаясь в нейтрино другого типа. Эти результаты одновременно свидетельствуют в пользу того, что все нейтрино обладают массой, поскольку частица нулевой массы типа фотона в пути просто не может меняться (у нее, движущейся со световой скоростью, на это просто нет времени). Смешивание «ароматов» нейтрино и антинейтрино от ускорителей и реакторов к тому же позволяет накладывать более строгие ограничения на их параметры смешивания (разность квадратов масс и углы смешивания), чем в экспериментах с солнечными и атмосферными нейтрино.
 




При взаимодействии с другими частицами через заряженный ток нейтрино превращаются в соответствующий заряженный лептон (электрон, мюон, тау-лептон). Левые нейтрино, т. е. имеющие спиральность –1/2, превращаются в отрицательные лептоны (правые соответственно оказываются античастицами к левым нейтрино). Иной разницы в поведении антинейтрино по сравнению с нейтрино в ходе экспериментов обнаружить пока не удается: возможные нарушения так называемых CP- и CPT-четностей — т. е. инвариантных зеркальных «отражений» относительно заряда, смены одной из пространственных и временной координат на противоположные — пока еще слишком ничтожны для современных установок.

Сложности на этом пути создает и то, что нейтрино почти не взаимодействуют с другим веществом — могут беспрепятственно пронзить стену, простирающуюся от Земли до Луны.

По словам Юрия Куденко, нарушение СР-симметрии в нейтринных осцилляциях, или, другими словами, СР-нарушения в лептонном секторе Стандартной модели, означает, что осцилляции нейтрино отличаются от осцилляций антинейтрино, и в случае обнаружения нового источника СР-нарушения, возникают новые возможности для объяснению одной из загадок природы — барионной асимметрии Вселенной. Измерение СР нечетной фазы в случае обнаружения нарушения СР-инвариантности, а также прецизионное измерение углов смешивания нейтрино являются важным этапом на пути к разгадке неизвестной симметрии, которая лежит в основе смешивания нейтрино, кардинально отличающегося от смешивания кварков. Первое указание на СР-нарушение в лептонном секторе было получено в эксперименте Т2К, который обнаружил, что наиболее вероятным значением является значение СР нечетной фазы ≈ –π/2. Этот неожиданный результат соответствует максимальному СР-нарушению в нейтринных осцилляциях. Гипотеза СР-сохранения (δ = 0 или π) была исключена на уровне 90% доверительной вероятности.

Сейчас проводится модернизация ближнего детектора ND280 для второй фазы эксперимента Т2К, основной целью которого является повышение чувствительности к СР нечетному эффекту в нейтринных осцилляциях.
 
   97.0.4692.9997.0.4692.99

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★★☆
Fakir>> Российские ядерщики запустили сердце ближнего нейтринного детектора Т2К и HK в Японии – Троицкий вариант — Наука
pokos> Очень хорошая тема по отслеживанию цепных реакций в глобальном масштабе.

Плохая. Потому что не выйдет в обозримом будущем. Может быть когда-нибудь в очень локальном.
Ну разве что если кто будет такое обоснование продвигать для выбивания бабла. Амы может даже и дадут.
   97.0.4692.9997.0.4692.99

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★★☆

Как и почему осциллируют нейтрино – Троицкий вариант — Наука

Заметка интересная. Любопытно, какой по счету осцилляционный максимум наблюдается в конечной точке по ходу пучка на 495 километре на  рисунке-схеме эксперимента Т2К? Нейтрино сейчас относят к фермионам. Поэтому хотелось бы взглянуть на график распределения Ферми-Дирака для солнечных нейтрино, – где его можно увидеть? Ну, или для реакторных нейтрино. Заметил в своем комментарии ошибку: вместо «495» должно быть «295» (( Период осцилляций зависит от энергии нейтрино. Поэтому вы увидете некоторую усредненную картину. //  Дальше — www.trv-science.ru
 



...

Стандартная модель четко постулировала: масса нейтрино равна нулю.

И в это верили примерно до 1980–1990-х годов, пока несколько экспериментов не показали довольно неожиданные результаты. Первый — это эксперимент американского ученого Реймонда Дэвиса-младшего, который показал дефицит солнечных нейтрино. Этот эксперимент обсуждался многократно на разных уровнях. Искали ошибки, делали тесты — ничего противопоказанного обнаружено не было, результат подтверждался. Возникло несколько объяснений, одно из них — это осцилляции нейтрино, т. е. переход одного типа нейтрино в другое. Солнце испускает электронные нейтрино, но пока они летят до Земли, переходят в какие-то другие нейтрино. В то время уже знали, что кроме электронного нейтрино есть нейтрино мюонные и тау-нейтрино. Скорее всего, дело в них: эти частицы не могли быть зарегистрированы в том эксперименте. Идея осцилляций была выдвинута Бруно Понтекорво в 1957 году 2. В то время было известно только об электронных нейтрино, и Бруно Максимович выдвинул идею осцилляции нейтрино в антинейтрино. Теперь все мы знаем, что эта осцилляция сильно подавлена, но сама идея оказалась исключительно плодотворной, и вот первое объяснение этого эффекта было связано как раз с осцилляцией.

...

Надо сказать, что детектор, о котором мы будем потом говорить, — его, так сказать, первый вариант — Камиоканде — тоже увидел некий дефицит солнечных нейтрино. И дальше последовал также неожиданный результат — так называемая атмосферная аномалия, когда детектор Супер-Камиоканде подтвердил предыдущие результаты своего эксперимента Камиоканде, увидев уже дефицит атмосферных нейтрино под определенными углами. То есть обнаружились две аномалии — солнечные и атмосферные. Последние также начали хорошо описываться явлением осцилляции.

Б. Ш.: Какие параметры описывают то, как осциллируют нейтрино?

— Собственно, эти два результата и описывают — они были блестяще подтверждены в дальнейшем и заложили основы осцилляционной физики. Какие там параметры? Чтобы нейтрино одного типа перешли в другой — допустим, чтобы электронные перешли в мюонные, а, скажем, мюонные — в случае атмосферных — перешли в тау-нейтрино, — такие частицы должны обязательно обладать массой. Это ключевой момент. Полученные результаты однозначно указывают, что у нейтрино есть масса, и две нобелевские премии по результатам этих экспериментов были присуждены Масатоси Косибе и Реймонду Дэвису, а потом Артуру Макдональду и Такааки Кадзите. У нейтрино есть масса — это первое. Второе: нейтрино могут и не переходить друг в друга, даже если они обладают массой. Но оказалось, что массы этих трех типов нейтрино — электронного, мюонного и тау — близки, и они могут еще и переходить друг в друга, т. е. смешиваться. Таким образом, эти частицы обладают параметрами осцилляций: разностью квадратов масс и углами смешивания.

Б. Ш.: Что бывает в том случае, если угол маленький?

— Они тогда редко, мало переходят в друг друга, если этот угол маленький. Но парадокс заключается в том, что эти углы оказались большими: около 30° или даже 45°. Если говорить про солнечные нейтрино, то их угол составляет примерно 34°, а если про атмосферные — то 45°. Это называется почти максимальное или максимальное смешивание. До сих пор это абсолютно непонято, потому что кварки тоже переходят друг в друга, но углы смешивания там маленькие, а здесь они просто колоссальные. Это фундаментальный эффект, который отличает нейтрино от частиц в кварковом секторе Стандартной модели.

Б. Ш.: Типов нейтрино — три, получается, углов смешивания столько же?

— Да, есть три угла смешивания: это солнечный угол (θ12), атмосферный (θ23) и так называемый реакторный (θ13). Они образуют матрицу 3×3: т. е. у нас есть три массовых состояния и три флейворных. Строится матрица, которая связывает между собой массовые состояния и флейворные, и эти углы входят в эту матрицу, как раз описывая всю физику нейтринных осцилляций в этой матрице. Плюс неизвестный фактор, например CP нечетная фаза или фаза, которая нарушает комбинированную СР-симметрию в нейтринных осцилляциях, но это отдельная история.

...

— Сотрудничать с Японией мы начали в 1991 году, но начали мы это сотрудничество в области каонной физики. Тогда основная задача экспериментов заключалась в поиске CP- или T-нарушения, т. е. нарушения CP-инвариантности, или T-инвариантности.

CP — это нарушение, или различие в поведении частиц, когда они переходят в античастицы и одновременно переходят в зеркальный мир. Если они ведут себя одинаково при подобных трансформациях, то это означает, что есть CP-инвариантность. Или же их поведение неодинаково в этих ситуациях — тогда это выход на Новую Физику. И одновременно мы знаем, что если CP нарушается, то нарушается и T-инвариантность, потому что существует так называемые фундаментальная CPT-теорема, которая требует сохранения CPT-симметрии во всех физических процессах. Поэтому первые эксперименты в Японии у нас были посвящены поиску CP- или T-нарушений в каонной физике. Эксперименты продолжались примерно десять лет, а затем наше сотрудничество по предложению японских коллег потихоньку трансформировалось в сотрудничество в области нейтринной физики.

...

Там, где мы работали (первый ускорительный эксперимент с длинной базой К2К — КЕК-to-Kamioka), пучок от машины (протонного ускорителя с энергией 12 ГэВ) был направлен в детектор Супер-Камиоканде, который находился на расстоянии 250 км от протонного ускорителя в КЕК (Цукуба). В процессе восстановления Супер-Камиоканде произошло много изменений. В этот момент наши японские коллеги предложили руководству нашего института объединить усилия и войти в эксперимент. Одновременно в проект вошло много европейцев: всем стало понятно, что чем сложнее эксперимент, тем труднее с ним управляться. До аварии на Супер-Камиоканде фактически в эксперименте участвовали две страны — Япония и США. После аварии на Супер-Камиоканде российские ученые (наш институт), а также итальянцы, канадцы, французы, швейцарцы объединились, и проект стал большой международной коллаборацией. Это как раз позволило продолжить эксперимент К2K. А затем, когда мы работали в К2K, встал вопрос, что делать дальше. Набор статистики шел, осцилляции подтверждались — это был первый ускорительный эксперимент с длинной базой, который, собственно, и направлен был на подтверждение результата Супер-Камиоканде с атмосферными нейтрино.

— Да, здесь речь идет о трех основных элементах эксперимента: пучок нейтрино, рождающийся на ускорителе. Затем ближний детектор, который измеряет свойства, состав и другие параметры нейтрино до осцилляции. Он стоит близко от места рождения нейтрино, несколько сотен метров, и нейтрино не успевают проосциллировать на такой короткой базе — если не брать в расчет стерильные нейтрино. И дальний детектор: расстояние выбирается такое, чтобы настроить энергию нейтрино на осцилляционный максимум. Таким образом, зная соотношение между энергией, базой и разностью квадратов масс нейтрино, надо поймать удачное сочетание, чтобы не промахнуться мимо осцилляцией, но, по счастью, намек был: мы знали из данных Супер-Камиоканде по атмосферным нейтрино, где это примерно должно произойти. Спектр нейтрино покрывает определенную область энергий, есть база, и если вы удачно попали — то увидите осцилляции, а если промахнулись — то деньги на эксперимент потрачены зря.

Это было удачным решением, и мы увидели осцилляции в эксперименте К2K. Но статистика была небольшая, потому что интенсивность 12-ГэВной машины в КЕК была не очень высокой, и энергия в 12 ГэВ мала для того, чтобы получить интенсивный пучок мюонных нейтрино. То есть сечение рождения адронов (в основном пионов) не очень высокое, поэтому возникла идея перейти на более высокие энергии, повысить интенсивность и полностью пересмотреть стратегию нового эксперимента, уже при ясном понимании, что мы хотим дальше делать. В результате был предложен, разработан и запущен новый эксперимент Т2К (Tokai-to-Kamioka), который начал набор статистики в 2010 году. Этот эксперимент использует интенсивный внеосевой пучок мюонных нейтрино (антинейтрино), рожденных на сильноточном 30-ГэВном протонном ускорителе J-PARC и направленных в детектор Супер-Камиоканде, который находится на расстоянии 295 км от J-PARC (Токай).

М. Б.: Детектор Супер-Камиоканде, как я понимаю, размещен в старых выработанных японских шахтах на глубине, а Гипер-Камиоканде, как вы говорили, устанавливается в схожих шахтах, но где-то в другом месте?

— Да. Сейчас у нас функционирует дальний детектор — Супер-Камиоканде с бочкой диаметром около 40 м, высотой примерно с тринадцатиэтажный дом и шириной больше, чем половина футбольного поля, вмещающей 50 килотонн воды. Что до Гипер-Камиоканде, то его масса больше в пять раз — 260 килотонн, но так называемый активный объем за счет некоторых ухищрений будет в восемь раз больше по сравнению с Супер-Камиоканде. Естественно, в пещеру или в ту же шахту такую конструкцию установить нельзя — надо тогда сломать Супер-Камиоканде. Но работа не может простаивать, что и вынудило использовать новую шахту в другом месте. Расстояние между детекторами небольшое — всего 8 км. Они смещены друг относительно друга так, чтобы получить правильное соотношение между базой эксперимента и энергией нейтрино, соответствующее максимуму осцилляций.

Строительство идет так: сначала под землей делается купол, который идет вниз на 70–71 м. Эта часть уже сделана, а вся работа будет закончена, если мне память не изменяет, где-то к концу следующего года. Планируется, что Гипер-Камиоканде начнет работать в 2027 году, а Супер-Камиоканде перестанет функционировать.

М. Б.: В этом эксперименте ваш вклад тоже будет?

— Да, у нас два вклада. Наш ближний детектор называется SuperFGD. Он будет теперь как бы сердцем комплекса ближнего нейтринного детектора эксперимента Т2К. SuperFGD начинает функционировать уже сейчас, он опущен в магнит, установлен, и вот буквально через две недели должен начаться сеанс.


А вторая часть нашего вклада — работа над дальним детектором Гипер-Камиоканде. Его резервуар состоит из двух частей (это, собственно, один и тот же объем, поделенный на две части) — так называемый активный внутренний детектор (ID) и внешний черенковский детектор (OD), который служит как вето-детектор, защищая от космических мюонов и от нейтринных взаимодействий в горной породе. Этот детектор мы делаем вместе с английскими коллегами в основном, но сейчас к нам присоединились еще австралийцы с корейцами. Мы работаем вместе с НИИ полимеров им. академика В. А. Каргина в Дзержинске. Они делают замечательные спектросмещающие пластины для OD, которые мы сейчас тестируем. Работа идет полным ходом, это и будет вклад России. Хочу сказать, что кроме нас в проекте участвуют ФИАН и МГУ, которые трудятся над Гипер-Камиоканде, а также студенты Физтеха и МИФИ. К ним также начинают присоединяться студенты из МГУ.

М. Б.: Получается, эта установка была сделана в России, потом перевезена в Японию, а собирали ее ваши сотрудники…

— Верно, она делалась в России. Вообще, в коллаборацию SuperFGD входят около ста человек, из них человек тридцать — российские участники, представленные нашим институтом, ФИАНом и ОИЯИ. Последний отличился очень хорошими инженерными и экспериментальными разработками. Детектор делался здесь, мы начали эту работу в 2017 году. Идея изготовления элементов детектора отрабатывалась во Владимире, на замечательном небольшом предприятии «Унипласт» на базе химического института. Мы уже делали с ними много детекторов. Для СуперFGD была разработана технология изготовления маленьких кубиков — сегментов детектора в 1 см3 с тремя ортогональными отверстиями, в которые входят оптические волокна. Мы где-то два года работали над этой технологией. Японцы тоже пытались немножко разработать свою технологию, были попытки в Европе, но как-то ни у кого не пошло, а если и пошло, то цены оказались там какие-то чудовищные, неподъемные… В общем, мы взяли это на себя — это было обязательство нашего института — сделать всю активную часть детектора, механику и много-много вещей.

Но самое главное — это сцинтилляционные элементы. Мы их тестировали неоднократно, проведя несколько сеансов в ЦЕРНе и в Лос-Аламосе. Ездили сами, анализировали данные, участвовали в сменах и удаленно. Прототипы показали отличные результаты, и было принято решение детектор массой примерно в две тонны, состоящий из двух миллионов таких кубиков, делать в России. Этим мы и занимались два года, в том числе и в пандемию. Сначала индивидуальные элементы, затем отрабатывали технологию сборки на лесках (которую придумали сами), исследовали, как убрать, уменьшить всякие неточности… Собрали плоскости — много плоскостей, — затем собрали полномасштабные прототипы детектора с помощью коллег из США и Японии. До пандемии была масса обсуждений, масса тестов, они тоже участвовали в этих работах, приезжали к нам в институт. В конце концов было принято окончательное решение: мы всё это изготовили, протестировали, собрали и по кускам — по плоскостям, которые мы собрали, — отправили в Японию. Это было в прошлом году уже после событий 24 февраля. Установка работает — это фундаментальная наука, и все понимают, что работу надо продолжать.

...

Всем всё было понятно, проблема была решена очень вежливо, аккуратно и тактично. Детектор в тот момент был снят, но сейчас в проекте Гипер-Камиоканде точности должны быть гораздо выше. Все-таки мы хотим найти нарушения CP-симметрии уже на уровне 5σ. Нам нужно открытие, а не намеки, нужно очень сильно снижать уровень систематических погрешностей. Этот детектор действительно поможет, и вот теперь он планируется, но не на расстоянии в 2 км, а, возможно, чуть поближе. Это связано с доступным местом для детектора. Идея пошла по второму кругу, и я думаю, что она будет реализована.

Б. Ш. Каков смысл второго детектора?

— Дело в том, что тогда, когда мы начинали T2K, он был направлен на поиск осцилляций νμ в νe — мюонных нейтрино в электронные. Основной вклад в вероятность этого процесса определяется величиной угла θ13. Когда мы начинали T2K, никто не знал, какова величина этого угла, и он оказался неожиданно большим — около 9°. Все были счастливы, и реакторные эксперименты подтвердили результаты. Направление исследований немедленно сдвинулось, народ перестал думать о том, что этот параметр в нейтринных осцилляциях маленький (вовсе нет, он большой!), — и возникла идея немедленно перейти к поиску CP-нарушения. Но когда всё промоделировали, стало понятно, что осцилляции νμ в νe могут набрать большую статистику на новом детекторе Гипер-Камиоканде в 1000–2000 событий — это статистическая ошибка примерно в 3% (корень из числа). Это значит, что систематические ошибки, связанные с нейтринными сечениями, со знанием пучка, с эффективностью детекторов и их стабильностью, должны быть порядка 3%. Детектор можно контролировать, но здесь другой вклад вышел на первое место — незнание или плохое знание нейтринных сечений (именно на воде), и нам нужен еще один промежуточный детектор, чтобы измерить сечение взаимодействия, особенно электронных нейтрино в воде — не в Гипер-Камиоканде, где произошли осцилляции, а до осцилляции. Наш ближний детектор для экспериментов Т2К и Гипер-Камиоканде, который находится на расстоянии 280 м от мишени, не может быть сделан из черенковского водного детектора, потому что загрузки большие, и тогда он начнет часто срабатывать от нейтринных событий. Возникнет наложение, и это будет крайне неэффективно и запутанно для восстановления нейтринных событий. А если вы отъедете буквально на километр, то интенсивность будет еще на порядок меньше — фактор 1/R2.


Основную вещь — сечения взаимодействия электронных нейтрино и антинейтрино — нам надо знать хорошо, это очень сложная задача, которая, собственно, и является основной задачей этого детектора.

М. Б. Какие еще цели, кроме обнаружения нарушений CP-симметрии, преследует этот проект?

— Спектр задач тут широкий. Я всегда говорю, что в любом начинании должен быть флаг, и в проекте Гипер-Камиоканде он представлен открытием CP-нарушений, если оно, конечно, максимально или близко к максимальному. Если оно не нарушается, то это тоже очень важно: тогда возникают другие, не менее интересные проблемы.

Б. Ш.: А чем это нарушение CP отличается от нарушения CP в распаде каонов?

— Это вопрос о механизме? Если бы я знал механизм, то ответил бы, что существует огромное количество моделей и теорий… Там могут быть совершенно разные параметры, но фундаментальная важность этого результата заключается вот в чем. Мы знаем, что существует барионная симметрия Вселенной, т. е. есть вещество — но нет антивещества, все это знают и даже чувствуют. Чтобы в природе подобное реализовалось (чтобы было вещество, а антивещества не было), должно быть CP-нарушение. Это условие Сахарова.

Дальше: мы знаем, что в уже упомянутом кварковом секторе в распадах каонов, B-мезонов и D0-мезонов CP нарушается. Но все попытки объяснить этим CP-нарушением CP-нарушения в ранней Вселенной абсолютно не проходят: там не хватает примерно десяти порядков. И вот если мы в нейтринных осцилляциях найдем новый источник CP-нарушения, то там исчезают многие факторы подавления. Есть модели, которые четко говорят, что есть связь между CP-нарушением в нейтринных осцилляциях и дальше через механизм лептогенезиса и т. д. сложным образом можно объяснить барионную асимметрию. Но есть модели и теории, которые показывают, что, возможно, СР-нарушение все-таки за 14 млрд лет «замазалось» и нет прямой связи между СР-асимметрией в нейтринных осцилляциях в «наше время» и асимметрией в распадах тяжелых фермионов в ранней Вселенной, и то, что мы найдем, будет очень трудно притянуть к тому CP-нарушению (кстати, этого взгляда придерживался Валерий Анатольевич Рубаков). Тем не менее подходы разные. Что важно: сам новый источник CP-нарушения, причем в лептонном секторе Стандартной модели. На вопрос, как его описывать, у меня ответа нет, но это исключительно важная вещь. Сейчас ведутся два ключевых эксперимента: это мы — T2K — и NOvA (Фермилаб) в США, еще два готовятся: Гипер-Камиоканде и опять же американский DUNE. Таким образом, большая часть основных средств в экспериментах чистой нейтринной физики направлена на поиски СР-нарушения в нейтринных осцилляциях.



Конечно, есть еще двойной β-распад, измерения массы нейтрино, поиск стерильных нейтрино и др., но ресурсы, которые на них тратятся, несопоставимы…

Кроме этого я хочу сказать, что стоит задача по определению иерархии масс нейтрино — фундаментальная вещь. Мы не знаем, как расположены массы нейтрино: m3 — самые тяжелые, которые больше привязаны к τ-нейтрино, затем идет m2 — к мюонным нейтрино и m1 — к электронным. m3 может оказаться и самым тяжелым, и самым легким. Это тоже важнейший вопрос, от которого зависит обнаружение безнейтринного двойного β-распада, определение суммарной массы нейтрино в космология, возможность прямого детектирования реликтовых нейтрино и др. Кроме того, мы говорим об осцилляциях и о массах нейтрино, но не знаем их величину. У нас в институте, в отделе экспериментальной физики под руководством Владимира Михайловича Лобашёва был получен лучший до недавнего времени в мире верхний предел на массу электронного нейтрино. Это эксперимент «Троицк ню-масс». Масса нейтрино в прямом измерении — не косвенном через космологию или через двойной β-распад, а прямое измерение бета-спектра трития. Сейчас лучшие результаты получены в эксперименте KATRIN в Германии, где также участвовали сотрудники нашего института.

Дальше стерильные нейтрино. Это действительно, как говорится, hot topic, но есть люди, которые верят в это, и люди, которые не верят, — и то, и другое пока что недоказуемо. Теория не дает четких указаний, эксперименты не предоставляют четких фактов… Первый серьезный намек на стерильное нейтрино явил эксперимент в Лос-Аламосе, который обнаружил неожиданную осцилляцию с большой массой, которая не вписывается в стандартные активные три типа нейтрино. Затем мир увидел потрясающий результат, который получился у нас в институте, — эксперимент SAGE, вернее, его калибровка, которая показала, что дефицит нейтрино тоже есть, и нейтрино при калибровке от искусственного источника куда-то исчезает. Затем эксперимент BEST, который проводится под руководством Владимира Николаевича Гаврина в Баксанской нейтринной обсерватории ИЯИ РАН, снова подтвердил этот эффект. Это экспериментальные факты, но еще нужно упомянуть так называемую реакторную аномалию, которая также может быть интерпретирована как указание на проявление стерильных нейтрино, но она подвергается критике. Хотя сейчас, похоже, реакторная аномалия потихоньку «рассасывается»…

Тем не менее есть факты, которые говорят о том, что для их объяснения, скорее всего, нужно еще одно нейтрино, которое имеет массу, однако не взаимодействует никаким, даже слабым образом ни с кем и ни с чем, но может переходить в активные нейтрино, появляться из активных нейтрино — т. е. смешиваться с ними. Это стерильное нейтрино.

Б. Ш.: И темную материю оно может объяснить?

— Это зависит от массы. Если нейтрино кэВное, то темную материю оно объяснить может. Если это очень легкое нейтрино, то, наверное, на темную материю оно не претендует.
B эксперименте T2K мы также ищем — как byproduct — эти легкие нейтрино в ближнем детекторе. Детектор SuperFGD также будет заниматься этой задачей. Кроме того, у нас хорошая чувствительность к более тяжелым частицам — они называются массивными, или тяжелыми нейтральными лептонами. Массы составляют сотни МэВ, а то и ГэВ. Эксперимент T2K имеет хорошую чувствительность к нейтральным лептонам, и они как раз и могут сыграть существенную роль в объяснении массы нейтрино. Есть несколько теорий или моделей, которые говорят, что такие нейтрино должны существовать, и с их помощью объясняется появление массы нейтрино. Я уже говорил о модели качелей, но есть еще и другие модели, которые подправляют и расширяют Стандартную модель. Вещь очень актуальная…
Модель качелей (see-saw) призвана объяснить существующую, но очень малую массу нейтрино, поскольку очевидного параметра, объясняющего, почему масса нейтрино на порядки меньше масс других лептонов, нет. В модели малая масса возникает из-за очень большой массы частиц, взаимодействующих с нейтрино, чья масса оказывается в знаменателе в выражении для массы нейтрино. Роль этих тяжелых частиц отводится тяжелым майорановскими правыми нейтрино, которые добавлены в Стандартную модель, их масса до 1015 ГэВ, и их природа позволяет не сохранять лептонное число. В этом механизме также замешано поле Хиггса, которое генерирует дираковскую массу ~ 100 ГэВ в числителе выражения для массы активных нейтрино.
М. Б.: А еще меньшая надежда связана с возможностью регистрации распада протона, как я понимаю? Это тоже имеет отношение к вашей установке?

— Да, Супер-Камиоканде достигла предела на время жизни протона порядка 1034 лет. Возраст Вселенной — 14 млрд лет (1,4 × 1010), а у протона 1034–1035. Тем не менее он пока не распадается, и Гипер-Камиоканде увеличит нижний предел на время жизни на порядок или, если повезет, зарегистрирует распад. Эксперимент в этом смысле понятен, хотя и не прост в исполнении. Вы создаете огромный массивный детектор, в котором есть протоны — они всегда есть в ядрах. Есть вода, есть восемь свободных протонов, есть кислород в воде, значит, водород тоже там. Протоны могут располагаться и там, и там, но в водороде их легче регистрировать, потому что это не ядро, нет ядерного взаимодействия, импульсов нуклонов. Можно легко посчитать: сначала число протонов в детекторе, а дальше сколько лет вы можете померить — 10, 20 или 30 лет работы, и в принципе, зная эффективность вашей установки, вы можете оценить тот предел, который можете достигнуть.

Масса Гипер-Камиоканде в восемь раз больше. Это значит, что за то же время, на протяжении которого функционировала Супер-Камиоканде (скажем, двадцать активных лет), предел улучшится где-то в десять раз.

М. Б.: Регистрация каких-то следов от распада темной материи уже относится к самим водяным детекторам, верно?

— Если мы говорим о WIMP, то ими занимаются специальные детекторы, которые регистрируют частицы по ядрам отдачи. Это очень чувствительные детекторы с низким порогом регистрации. Гипер- и Супер-Камиоканде используют другой способ: если у вас есть эти частицы (допустим, они осели в Солнце или в Земле), то они проаннигилируют, испустив какие-то частицы, в том числе и нейтрино. Эти-то нейтрино и могут быть зарегистрированы.

М. Б.: Там имеется в виду, что в дело вступает нарушение анизотропии: какие-то сигналы идут с направления на центр Галактики или от Солнца с Землей, и таким образом осуществляется распад таких взаимосталкивающихся аннигилирующих частиц темной материи. Какая-то такая идея… Она тоже имеет отношение к вашей установке?

— Да, и это зависит от энергии. Если энергии очень высокие, то, естественно, ими занимаются детекторы типа ICECube или Байкальский нейтринный телескоп ИЯИ РАН… Но если эта энергия относительно небольшая, то это задача для Гипер-Камиоканде.

М. Б.: И что-то еще заявляется о распаде радиоактивных элементов в Земле…

— Это серьезная задача, связанная с так называемыми геонейтрино. Здесь важно, чтобы детектор стоял подальше от реакторов, потому что спектр этих нейтрино очень близок к реакторным от тех процессов, которые происходят в Земле от распадов радиоактивных изотопов. Поэтому вам нужно, чтобы вы стояли относительно далеко от реакторов или подавляли реакторный фон. Сейчас их реально зарегистрировали два эксперимента: один в Гран-Сассо (эксперимент с небольшой статистикой) и KamLAND, где детектор стоит на месте, регистрируя геонейтрино. Это действительно новая область, находящаяся в самом начале своего развития, и она важна для понимания процессов в Земле. Гипер-Камиоканде заняться этим не сможет, потому что нужен низкий порог. Там нам надо спуститься, наверное, на 5–6 МэВ — откровенно говоря, думаю, что это будет трудно.





   97.0.4692.9997.0.4692.99
+
-1
-
edit
 

pokos

аксакал

Fakir> ...Амы может даже и дадут.
Мнэээээ...можть, ты не в курсе, но они уже дали.
   68.068.0

в начало страницы | новое
 
Поиск
Поддержка
Поддержи форум!
ЯндексЯндекс. ДеньгиХочу такую же кнопку
Настройки
Твиттер сайта
Статистика
Рейтинг@Mail.ru