mukhin-fizika-elementarnykh-chastits (810757), страница 32
Текст из файла (страница 32)
Экспериментальное определение спиральности нейтрино Непосредственно спиральность нейтрино была измерена в очень красивом опьпе Гольдхабера и др., схема которого изображена на рис. 387. Здесь и — радиоактивный источник "~ Еп, упрощенная схема распада которого изображена на рис. 388; к — нейтрино, вылетающие прн е-захвате 1йз" Ец; 155 Глава ХглН. ллеа»1оаы (1 — у-квант, испускающийся при Е1-переходе дочернего ядра 52Бш; Ре — намагниченное железо для определения круговой поляризации у-квантов; РЪ вЂ” свинцовый фильтр для защиты детектора от прямого пучка; Д вЂ” детектор; Р— кольцевои рассеиватель из Бш,О,. Идея опыта заключается в следующем.
Предположим, что нейтрнно1 образовавшееся в процессе К-захвата 5-электрона ядром " Еп (энергия перехода Е»=0,9 МэВ), вылетает вверх. Тогда дочернее ядро '"Бш полетит вниз с энергией отдачи Т„=Е»2~(2Мае2'ув3 эВ (см. я 18, п. 3). Предположим далее, что дочернее ядро образуется в возбужденном состоянии с энергией возбуждения, также равной Ео, и что оно переходит в основное состояние на лету, испустив у-квант в направлении своего движения, т. е.
вниз. Тогда из законов сохранения импульса и энергии очевядно, что ядро Бш, получив вторую (равную по величине, но противоположную по направлению) отдачу Т', = Т„ остайовится, а у-квант, «приняв на себя» его кинетическую энергию, испустится с энергией Е + Т'„= Е + Е 2» ! (2 М, с ).
Но, как было показано в я 19, п. 4 (см. формулу (19.20)1, у-кванты с такой энергией должны испытывать резонансное взаимодействие с ядрами '5'Бш„находящимися в основном состоянии. Таким образом, в опыте Гольдхабера и др. осуществляется очень интересный случай резонансного рассеяния у-квантов без использования эффекта Мессбаузра. Естественно, что наблюдение резонансного рассеяния такого характера возможно только при описанной выше кинематике процесса (т. е. когда нейтрино летит вверх„а ядро Бп1 и у-квант — вниз, причем у-квант вылетает из движущегося ядра) и при Т,= Т', .
На самом деле энергия е-захвата ядра 15™Еп(0,900 МэВ) несколько отличается от энергии возбуждения ядра '52 Бт (0,9б1 МэВ). Поэтому Т,=2,88 эВФ Т; = 3,28 эВ. Однако это различие компенсируется небольшим отклонением направления вылета у-квантов от вертикали (см. рис. 387). Заметим, что для успеха опыта достаточно совпадения Т„и Т', с погрешностью до доплеровского уширения линии испускания, которое сравнительно велико: о=2,/У,гТ=2 (Г0025 0,5 В. Проанализируем теперь описанный процесс с помощью закона сохранения момента количества движения. Из схемы е-захвата 152юВ 152Б а+ (103.11) я:1/2+О- 1+1/2 5 103. Электронные нейтрино и антинейтрино !59 следует, что спин нейтрино и момент количества движения возбужденного состояния ядра 15231по должны быть ориентированы в противоположные стороны.
Так как их импульсы также противоположны, то знак продольной поляризации ядра должен. совпадать со знаком спиральности нейтрино. Из схемы у-перехода 152 е и 152 З 1=0+1 (103.12) следует, что знак круговой поляризации Т-квантов должен совпадать со знаком. продольной поляризации ядра, т. е. со знаком спиральностн нейтрино. Итак, определение спиральности нейтрино своШ5тся к определению знака круговой поляризации Т-квантов.
Последний может быть найден по изменению числа отсчетов в детекторе при переориентации магнитного поля в магните. Знак спираль- ности нейтрино оказался отрицательным. Знак спиральности антинейтрино в непосредственном эксперименте определен не был, но из всех других экспериментов вытекает, что он положителен. Таким образом, для всех электронных лептонов (е, е+, че и м,) знак спиральности (продольной поляризации) противоположен знаку лептонного заряда 1табл.
39). Таблица 39 4. ПРОБЛЕМА СОЛНЕЧНЫХ НЕЙТРИНО Методика Девиса, описанная в 9 18, п. 5, может быть использована для регистрации солнечных нейтрино при помощи реакции +52С1 АЙАГ+ (103.13) В заключение подчеркнем еще раз, что понятие спнральности имеет абсолютный характер только для частиц с нулевой массой. Для частиц с л2~0 под спиральностью надо понимать знак продольной поляризации при данных конкретных условиях. Гягма ХИгл Леяпюны имеющей порог Е„"""=0,814 МэВ*. Основная часть потока солнечных нейтрино образуется в реакции р+р- с(+е +ч„ (103.14) входящей в протон-протонный цикл.
Однако нейтрино из этой реакции имеют слишком низкую энергию (Е„( 0,4 МэВ). Поэтому процесс (103.13) может идти в основном за счет высокоэнергетичных (Е„(14 МэВ) нейтрино, образующихся в реакции в В- 'Ве+е'+ч„'Ве-+2азНе, (103.15) входящей в состав дополнительной ветви протон-протонного цикла. Но этих нейтрино образуется только около 10 е общего их числа. Таким образом, опыт по регистрации солнечных нейтрино с помощью реакции (103.13) требует применения детектора очень большого объема, который должен быть весьма чувствителен к измерению потока нейтрино из реакции (103.15). Первые опыты по регистрации солнечных нейтрино были выполнены Денисом в 1971 г.
в глубокой (1,5 км) золотоносной шахте штата Южная Дакота (США). В качестве мишени- детектора использовался тетрахлорэтилен объемом 380 мз (610 т). В результате измерений был обнаружен очень небольшой эффект (0,3+0,2 атома аргона в день), который оказался в несколько раз меньше ожидаемого из термоядерной модели Солнца, Для объяснения этого расхождения была уточнена модель Солнца (учет поглощения межзвездной материи поверхностью Солнца, учет возможного несоответствия температуры в центре Солнца и на поверхности и др.). Однако после всех поправок осталось расхождение в 3 раза, которое кажется настолько большим, что для его объяснения даже была выдвинута гипотеза о нетермоядерной природе солнечной энергии.
Чтобы проверить правильность полученного результата о количестве солнечных нейтрино, в ближайшие годы в СССР будет повторен хлор-аргоновый эксперимент с большим детектором (3200 т СзС!а). Кроме того, предполагается провести эксперимент по регистрации нейтрино от процесса (103.14) при помощи реакции чг+ з~ Оа ззОе+ с (103.16) " Если не з1атлг образуется в возбунленном состоянии (что весьма вероятно из-за специфической структуры этого ядра), то порог реакции повыгнается ло Е„"""=5,8 Мэв. э" 703. Электроннеее нейнрнно н аннннневнрнно 1б! которая идет от нейтрино с энергией Е„>0,23 МэВ.
Для успеха опыта детектор должен содержать более 20 т галлия. Опыты будут поставлены в подземных нейтринных лабораториях, размещенных под горой Андырчи в Баксанском ущелье (Северный Кавказ) в туннеле длиной около 4 км. Глубина размещения лаборатории в конце туннеля †око 5 км водяного эквивалента. Помимо естественной защиты горным массивом лаборатории защищены изнутри слоями из специального низкоактивного бетона, плексигласа, меди, вольфрама, что позволяет уменьшить внешний фон до значения внутреннего фона детектора.
Кроме проведения хлор-аргонового и галлий-германиевого экспериментов с солнечными нейтрино лаборатории будут также использованы для изучения космических мюонов и нейтрино, галактических нейтрино из коллапсирующих звезд и других источников, поиска очень редких событий типа двойного 1)-распада, распада протона и др. В настоящее время (1989 г.) в одном из помещений лаборатории проводятся исследования по поискд 2р-распада (см. 9 103, п. 2) в обогащенных изотопах 'ооМо, ' 1Ме( и "еХе, а в другом сооружается Оа — Ое-детектор на базе 60 т галлия.
Если опыты с галлиевым детектором и новые эксперименты с С1 — Аг-детектором подтвердят старые результаты, то это будет означать, что на Землю действительно приходит в 3 раза меньше нейтрино, чем требуется по общепринятой модели Солнца. Такое «пропадание» по дороге до Земли 2/3 нейтрино, образовавшихся на Солнце, можно будет интерпретировать как подтверждение гипотезы Б,М. Понтекорво (1957 г.) о нейтринных осцилляциях. Известно, что кроме электронного нейтрино существует еще мюонное нейтрино (см. 9 105) и, по-видимому, т-нейтрино (см.
9 107). Если масса нейтрино не равна нулю и нарушаются законы сохранения лептонных зарядов, то согласно гипотезе Б. М. Понтекорво * может существовать процесс взаимного ПЕРЕХОДа НЕйтРИНО ОДНОГО ВИДа В ДРУГОЙ (9,-+9н, 9,-+9, И т. П.) подобно осцилляциям в (Ко — Ко)-процессе, идущем с нарушением закона сохранения странности (см. 9 118).
При максимально возможном проявлении эффекта нейтринных осцилляций электронные нейтрино, возникшие на Солнце, прилетят на Землю в виде трех различных видов нейтрино (9„9е и 9,), два из которых не могут быть зарегистрированы ни хлорным, ни галлиевым детектором. е Поиеекорво Б.
М.ОЖЗТФ. 1958. Т. 34. С. 247; Бвнеиьква С. М., Понео. корво Б. М.77Уепехи фик иеуи. 1977. Т. 123. Вып. 2. С. 181 — 215. 162 Глава ХП11. Лелтаиы Кроме возможности решения проблемы «недостачи» солнечных нейтрино изучение нейтринных осцилляций очень важно еще и потому, что нх обнаружение даст подтверждение отличия массы нейтрино от нуля, независимое от опыта с О-распадом трития (см. З 18, п, б) и результатов поиска безнейтринного двойного 13-распада (см. 8 103, п. 2). В связи с этим рассмотрим вопрос о нейтринных осцнлляциях подробнее, ограничившись для простоты рассуждений случаем взаимных переходов между двумя типами нейтрино: че и ч„.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
