Фундаментальные взаимодействия элементарных частиц
Реакцию
удалось впервые наблюдать лишь в 1956 г., используя поток антинейтрино, испускаемых ядерным реактором. Этот эксперимент, осуществленный группой Райнеса, положил начало изучению слабых реакций (до этого экспериментально наблюдались лишь слабые распады).
В 1962 г. в Брукхейвенской лаборатории (США) был успешно осуществлен первый ускорительный нейтринный эксперимент, в котором наблюдались неупругие столкновения нейтрино с атомными ядрами. Нейтринный пучок получался здесь при распадах быстрых 
-мезонов:
и 
которые, в свою очередь, рождались при соударении пучка протонов с ядрами. В этом опыте было установлено, что мюонные и электронные нейтрино различны.
В 1964 г. в Москве, в Институте теоретической и экспериментальной физики, в ядерной реакции, идущей под действием пучка нейтронов из ядерного реактора, впервые наблюдались слабые ядерные силы. На языке Ферми такие силы обусловлены взаимодействием тока 
с сопряженным током 
. Это открытие подтвердило выдвинутую задолго до этого гипотезу о том, что существует взаимодействие единого слабого заряженного тока со своим сопряженным током.
Если бы весь заряженный ток состоял только из двух слагаемых 
, то в произведении
было бы четыре слагаемых. В электронном 
-распаде проявляется слагаемое
. В позитронном -распаде проявляется сопряженное слагаемое
. В слабых ядерных силах — диагональное слагаемое 
. Другое диагональное слагаемое, 
, должно давать рассеяние электронных нейтрино на электронах. Этот процесс впервые удалось наблюдать на опыте лишь в 1976 г. Но к этому времени уже не оставалось сомнений, что схема «токXток» правильна. Только место нуклонов в токе заняли кварки, а лептонов стало больше.
Нейтринные массы и осцилляции. Двойной 
-распад.
Сравнивая между собой лептонные и кварковые токи, мы подчеркивали, что первые гораздо проще и что их простота связана с тем, что массы нейтрино равны нулю. Существует, однако, подозрение, что простота эта иллюзорна: что в действительности массы нейтрино отличны от нуля, что в вакууме имеют место переходы между различными типами нейтрино — так называемые нейтринные осцилляции и, более того, что нет столь уж резкой грани между нейтрино и антинейтрино.
Прямые лабораторные эксперименты до последнего времени не давали никаких указаний на то, что массы нейтрино не равны нулю, но при этом высокая точность была достигнута лишь для электронных нейтрино: ,
<35 эВ. Верхние же пределы для мюонного и, особенно, 
-нейтрино гораздо хуже: 
0,6 МэВ, 
250 МэВ.
Существует, правда, космологическое ограничение на массы всех 'сортов нейтрино, согласно которому сумма 
наверняка не превышает 100 эВ. Как заметили Герштейн и Зельдович, это ограничение вытекает из того, что, согласно теории большого взрыва, число реликтовых нейтрино должно быть примерно равно числу реликтовых фотонов. (Существование последних было открыто в 1965 г. Пензиасом и Вильсоном.) На каждый протон во Вселенной приходится примерно 10е—1010 фотонов. Если нейтрино было бы столько же и если бы масса каждого нейтрино составляла, скажем, 100 эВ, то очевидно, что суммарная масса нейтринного газа во Вселенной на два-три порядка превосходила бы массу обычного вещества. Расчеты показывают, что такая высокая плотность должна была бы привести к более быстрой эволюции Вселенной и получающийся при этом возраст Вселенной оказался бы меньше, чем возраст некоторых горных пород на Земле. Следует учесть, однако, что космологическое ограничение на массы
и
перестает работать, если эти частицы достаточно быстро распадаются на
.
В 1980 г. были опубликованы результаты эксперимента, проведенного в Институте теоретической и экспериментальной физики в Москве, согласно которым масса электронного нейтрино отлична от нуля: 14 эВ
46 эВ. Этот вывод был сделан на основе измерения спектра электронов в 
-распаде трития:
Когда электрон вылетает с энергией, близкой к максимальной, то кинетическая энергия нейтрино близка к нулю. Это создает оптимальные условия для обнаружения возможной массы нейтрино. Измеряя форму спектра электронов вблизи его верхней границы, экспериментаторы пришли к указанному выше результату. Распад .трития с его рекордно малым энерговыделением особенно подходит для таких измерений.
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11