mukhin-fizika-elementarnykh-chastits (810757), страница 41
Текст из файла (страница 41)
(допустимое в теории Дирака) должно привести йри т„~О к нейтринным осцилляциям. Если в рамках теории Дирака предположить, что ел„жО, то с учетом несохранения четности это приводит к двухкомпонентному варианту теории, согласно которому существуют только гв и О„со 100«/о-ной поляризацией, переходы, между которымй строго запрещены по спиральности и закону сохранения лептонного заряда (ОФ»). В частности, в этом случае и 2р(Он)-распад запрещен, так сказать, дважды. Иногда вариант теории Дирака с лв,квО называют теорией Вейля, который предложил ее в 1929 г.
до обнаружения несохранения четности, в связи с чем она в свое время не была признана. В отличие от теории Дирака в теории Майораны предполагается, что 9 вя и, т. е. допускается небольшое (не Глава 2З'Ш. Лев»мам 202 противоречащее опыту) нарушение закона сохранения лептонного заряда в смысле чрч (ЛА=2). В связи с этим в теории Майораны существуют только два нейтринных состояния ч (внч„) и ч„(анч,), которые отличаются знаком спиральности. Для отличия майорановских нейтрино от ди1уаковских будем пользоваться значками в верхнем индексе; ч и ч". Предположим, что пг„"ФО (есть майорановская масса нейтрино), тогда ч", и ч" ,могут переходить друг в друга по той же схеме («догнать и перегнать»), что и в теории Дирака, но из-за нарушения закона сохранения лептонного заряда здесь становится возможным 2р(0ч)-распад: и +р+е — +чм ) ' ' ~ 2п -+ 2р+ 2 е ч'„"+и — р+е Другое предположение о массе нейтрино в рамках теории Майораны (пв м„хн 0), казалось бы, однозначно приводит к невозможности 2 р (Оч)-распада из-за отсутствия переходов чм+ ч,".
Однако это заключение "справедливо с точностью до отсутствия правых токов, примесь которых современный эксперимент не запрещает'. Итак, обнаружение 215(Оч)-распада однозначно указывает на майорановский тип нейтрино с т "„0 или пз"„= О. Чтобы различить этн два случая„надо измерить эйергетические спектры и угловые распределения электронов 2р(Оч)-распада, которые различны для 21)(Оч)-распада, обусловленного пгм„~О и правыми токами.
К сожалению, экспериментальное наблюдение 20(Оч).распада — очень трудная задача из-за чрезвычайно большого и плохо рассчитываемого периода полураспада. Одно время считали, что зта не так нз-за примерно в 10» раз большего фазового объема у виртуальных нейтрино, образующихся в 21)(Оч)-распаде, по сравнению с реальными нейтрино 2р(2ч)- распада. Однако это правильное соображение нейтрализуется малостью нарушения закона сохранения лептонного заряда (необходимого для йм вв ч" ), незнание величины которого затрудняет вычисление 114атричного элемента 20(Оч)-переходаае. Перейдем теперь к: обсуждению вопроса о нейтринных осцилляциях. В некотором смысле здесь в теоретическом е Естественно, что примесь правых токов не помогает с точки зрении возможности 281От)-распада дираковскому варианту теории с шамО, так как по-папениемУ' мешает захон сохРаненнв лептонного заРвдв в смысле 9,Дт,. е Подробнее о д»овном 11-распаде см.
Щеикви М. Г. Двойной бета- распад н масса нейтрино//Успехи физ. наук. 1984. Т. 143. Вып. 4. С. 513 — 551. в 108. Современные вооровы иватрииной ~6изики гоз плане дело обстоит проще, чем в случае 2В(Ов)-распада. Действительно, как мы уже говорили в 5 103, необходимым условием возможности осцилляций является т„воО и несохранение лептонных зарядов Х,, или Е„(Е,,) (т. е. не требуется более жесткого нарушения закона сохранения з., в смысле О,жч,„или Ь2„=2). Таким образом, нейтринные осцилляции разрешены в обеих теориях (и Дирака и Майораны), лишь бы выполнялись условия т„ФО и Ь, ~сопз1, 2,„во сопзг и в,, Фсопзп Отсюда следует, что наблюдение нейтринных осцилляций однозначно указывает на т„~О.
Итак, т„ФО следует как из опыта по наблюдению 2р(Оч)- распада (с измерением энергетического спектра и углового распределения электронов), так и из наблюдения осцилляций, т. е. любой из этих результатов (если он надежен) можно рассматривать как годтверждение результата определения тв из анализа 11-спектра трития. Но обратное не верно: обнаружения тв ФО в опыте с тритием недостаточно ни для существования 213(0~)-распада (его не будет, если все массы дираковские, т. е. и ~ и), ни для существования осцилляций (их не будет, если т,=тз — -тз).
3. ДРУГИЕ МЕТОДЫ ПОИСКА т„ФО. ПРЯМЫЕ НЕЙТРИНО Кроме рассмотренных выше в настоящее время проанализировано довольно много других способов поиска массы нейтрино, Один из них заключается в анализе двухчастичных спектров распада элементарных частиц по нейтринному каналу, например по схеме я* -+ е* + ч,(0,). (108.3) Прежние измерения показывают, что характер спектров электронов, испускаемых в этих распадах, согласуется с предположением о т„=О. Олнако если допустить, что наряду с безмассовыми нейтрино существует небольшая доля нейтрино с отличньвми от нуля массами т„т„..., то физические нейтрино, образующиеся в схеме (108.3), можно представить в виде суперпозиции тяжелых нейтрино (сравните с рассуждением по поводу осцнлляций). И тогда при исследовании большого статистического материала в энергетическом спектре электронов (построенном в с.ц.и.) должны были бы проявиться слабо выраженные дополнительные максимумы, сдвинутые относительно основного максимума, соответствующего испусканию безмассового нейтрино, Глава л в'Ш.
Лееинеав В принпипе при проведении подобных исследований можно рассчитывать на выявленяе тяжелых нейтрино с ив„<160 1)аэВ. Однако эти исследования не привели к успеху. В другом способе тяжелые нейтрино искали в составе нейтринных пучков ускорителей по распадам на легкие нейтрино и (е+-е )-пару. ч,- ч,+е++е (108.4) р- Зе, )г-+еу и др.„ (108.5) запрещенных в универсальной теории законами сохранения лептонных зарядов. Сейчас для верхней границы эксперимен- тального отношения запрещенного распада р- еу к разрешен- ному р- еч,ч„получено значение' Г(в+- е+у) лч„= (, ь <5.!О (108.6) Если Ваконы сохранения лептонных зарядов нарушаются, то запрет на р- еу-распад снимается и вроде бы появляется шанс его найти в процессе смешивания ч„и ч„(рис.
409)„ что будет указывать на ви,ФО. Однако подсчет Я„'-и, выпол- в Аналогичное значение див И- Зв меньше ЬО 1О н тоже не нашли. Не обнаружены нейтрино с нв„~О и в опытах типа Ьеаш бпшр, в которых пучок протонов с энергией в несколько сотен гигаэлектрон-вольт поглощается в очень массивной и толстой (примерно 3 м) мишени за время т-1О "с.
Вместе с протонами поглощаются и рожденные ими хи К-мезоны, которые за такое короткое время не успевают распасться и испустить нейтрино. Поэтому единственными источниками нейтрино в этом случае являются прямое взаимодействие протонов с мишенью и быстрые распады рожденных протонами короткоживущих (тъ10 з с) очарованных частиц и т-лепт онов. Такие нейтрино принято называть прямыми.
Идея поиска т„~О у прямых нейтрино заключается в проверке их на наличие осцилляций измерением отношения потоков, рожденных ч,+ч, и ч„+ч„. Такие измерения были выполнены несколькими группами, однако пока не дали однозначных результатов. Еще один метод поиска ив„~О основан на попытке обнаружения распадов У !Оо. Сиеременные аоироеы нейтринной физики 205 пенный в теории со смешиванием нейтрино, дает безнадежно малое значение Яи'"и-1О Следует, правда, заметить, что этот вывод был сделан в предположении отсутствия в природе тяжелых нейтральных лептонов с массой порядка не- ее сколько гигаэлектрон-вольт. ЕсЛИ таКИЕ СВЕрХтяжЕЛЫЕ НЕйтрИНО Рие 409 существуют и имеет место смешивание, то значения я'„"о получаются для эксперимента; яе более приемлемыми )1еиио 1Π— ез .
1О-о и Мы перечислили далеко не все возможные способы обнаружения ж„ФО. Но и в остальных тоже пока нет указаний на ел„ф О. Опыт по исследованию правого края спектра электронов р-распада зН по-прежнему остается единственным экспериментом, в котором для массы О, найдены пределы (см. з 18): 17<)и, <40 эВ. 4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НЕЙТРИНО Появление высокоинтенсивных источников электронных (реакторы) и мюонных (ускорители) нейтрино и развитие техники их детектирования позволяют планировать работы, которые еще совсем недавно казались фантастическими нз-за огромной проникающей способности этих частиц, Перечислим и очень кратко охарактеризуем некоторые из этих проектов.
!. Поток О„испускаемых ядерным реактором, пропорционален его тепловой мощности. Поэтому по количеству Р„ зарегистрированных в единицу времени (после соответствующей калибровки прибора), можно судить о мгновенной мощности реактора и оперативно следить за ее изменением. 2. Известно, что энергетические спектры антинейтрино, испускаемых осколками деления ~~з(3 и зоРп, различны— спектр от ззорп несколько мягче. Поэтому гю мере выгорания в реакторе зз'(3 и наработке заори спектр Р, слегка изменяется, что можно заметить по изменению энергии позитронов, образующихся при регистрации 0, в реакции 206 Глава ХИН. Лемлоны !108.7) и,+р л+е Это позволяет судить об изменении соотношения гзз!3 и ~зари в процессе кампании реактора.
3. Сечение взаимодействия и с веществом линейно растет с энергией. Согласно теории Вейнберга — Салама этот рост должен продолжаться до Е„'"' гчг „, ае 90 ГэВ. Пересчет на л.с.к. дает Е„""= — иах4000 ГэВ. Сечение взаимодействия ней2гп, трино с веществом прн Е„= 1 ГэВ равно 0,7 !О " см'. Отсюда гу„(при Е„=4000 ГэВ) равно 2,8 !О "см'. Прн таком «большомв сечении становится реальной задача просвечивания земного шара по хорде с целью обнаружения полезных ископаемых, так как Земля перестает быть абсолютно прозрачной для нейтрино. Действительно, средний свободный пробег нейтрино с Е„=4 Тз — — — -1Огз смсе10' кмсе104Л „ 1 1 по 1Огг 28 1О-ззак Это означает, что при плотности потока 1ч'„ъ10е см г с одно из них про взаимодействует при прохождении толщи земного шара.
Количество взаимодействий зависит от сечения, т. е. от плотности вещества, которая различна у разных полезных ископаемых. Меняя направление пучка нейтрино, можно зондировать земной шар. 4. При помощи интенсивных потоков ч„можно посылать сигналы подводным лодкам, находящимся на противоположной стороне Земли, а регистрируя и, от реактора атомной подводной лодки, можно попытаться ее обнаружить.
$109. Краткое заключение к гл. ХЧ1П В гл. Х'ч'Ш описаны свойства зараиенных и нейтральных лептонов и соответствугопщх им антилептонов: е -е', ч,— ч„, И вЂ” р~, ч — ч, т — т', ч,— ч„. ч и Существование е, И, т обоих знаков, а такие ч„ч„ч„и ч„доказано экспериментально. В пределах точности эксперимента доказано также, что ч,мчм Ч Мч ч,Фч„. Существование ч, и ч, пока в прямом эксперименте не доказано, но подтверндаетса наличием двухчастичных схем распада т-лептонов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
