Четвъртият Аромат? Учените Се Затварят В Нов Вид Neutrino

{h1}

Историята зад възможното откриване на стерилното неутрино е завладяваща приказка с обрати, които биха накарали главата на агата кристи да се завърти.

Обичам добра мистерия, независимо дали се оказва, че икономът го е направил, или е бил полковник Горчица в библиотеката със свещник.

Но още повече обичам научните мистерии.

Наскоро учените, които правят изследвания в Националната ускорителна лаборатория Fermi, или Fermilab, обявиха измерване, което е истински озадачен. Тя включва субатомна частица, наречена неутрино, която е призракът на микрокосмоса, способна да премине през Земята, без да взаимодейства. И това е ПРЕДИ да започнем да говорим за странните неща.

Неотдавнашното измерване, извършено от съвместна работа на учени, наречено MiniBooNE, може да предскаже евентуалното откриване на нов вид неутрино, който евентуално може да бъде източник на тъмна материя - една от най-належащите главоблъсканици на съвременната астрономия. Но за да разберете как всичко виси заедно, трябва да знаете историята на неутрино, което е увлекателна приказка с обрати, които биха накарали главата на Агата Кристи да се завърти. [18-те най-големи неразгадани мистерии във физиката]

Австрийският физик Волфганг Паули пръв предложи съществуването на неутрино през 1930 г. Вече знаем, че неутрино взаимодействат само чрез онова, което невъобразимо се нарича „слаба сила“, която е най-слабата от силите, която оказва влияние върху разстояния, по-малки от атомите. Неутрино се създават при ядрени реакции и в ускорители на частици.

През 1956 г. екип от физици, водени от американците Клайд Коуан и Фредерик Рейнс, наблюдават призрачните частици за първи път. За откритието си, Рейнс сподели Нобеловата награда за физика от 1995 г. (Коуан почина преди да бъде присъдена наградата.)

През десетилетията стана ясно, че има три различни вида неутрино, които сега се наричат ​​аромати. Всеки аромат на неутрино е отличителен, като неаполитански сладолед от ванилия, ягоди и шоколад от вашето детство. Действителните аромати на неутрино идват от тяхната връзка с други субатомни частици. Има електронно неутрино, мюонно неутрино и тау неутрино, които са свързани съответно с електрон, мюон и тау. Електронът е познатата частица от вътрешните атоми, а мюонът и тау са тромавите и нестабилни братовчеди на електрона.

Всеки аромат на неутрино е различен и никога не трябва да се срещне двойката (или три в случая). Или така изглеждаше.

През 60-те и 70-те години на миналия век възниква мистерия... неутрино енигма. Американските изследователи Реймънд Дейвис и Джон Бакхол се опитаха да изчислят и измерят скоростта на неутрино (конкретно електронни неутрино), произведени в най-големия ядрен реактор около: Слънцето. Когато се сравняват прогнозите и измерванията, те не са съгласни. Експериментаторът Дейвис намери само около една трета повече електронни неутрино, отколкото теоретикът Бахкал прогнозира.

Този конкретен експеримент беше невероятен. Дейвис използва контейнер с размер на олимпийски басейн, пълен със стандартна течност за химическо чистене, за да открие неутрино. Идеята беше, че когато неутрино от слънцето удари хлорните атоми в химическата течност за химическо чистене, тези атоми ще се превърнат в аргон. Дейвис ще изчака няколко седмици и след това ще се опита да извлече аргона. Той очакваше нещо като 10 аргонови атома, но намери само три. Да, прочетохте това право... само три атома.

В допълнение към експерименталната трудност, изчислението, което Bahcall направи, беше предизвикателно и изключително чувствително към температурата на сърцевината на слънцето. Една малка, мъничка промяна на температурата на слънцето промени прогнозата за броя на неутрино, които трябва да бъдат произведени.

Други експерименти потвърдиха несъответствието, което Баккол и Дейвис забелязаха, но предвид трудността на това, което се опитаха да направят, бях доста сигурен, че някой от тях е направил грешка. И изчисляването и измерването бяха просто толкова невероятно трудни, че да се оттеглят. Но сгреших.

Друго разминаване озадачи изследователите. Неутрино се произвеждат в земната атмосфера, когато космическите лъчи от космическото пространство се забиват във въздуха, който всички ние дишаме. Учените знаят с голяма увереност, че когато това се случи, мюон и електронни неутрино се произвеждат в съотношение 2 към 1. И все пак, когато са измерени тези неутрино, са открити мюонни и електронни неутрино в съотношение 1 към 1. И пак неутрино объркаха физиците.

Тайната на неутрино от слънцето и на космическите лъчи от космоса е решена през 1998 г., когато изследователи в Япония са използвали огромен подземен резервоар от 50 000 тона вода, за да проучат съотношението на мюон и електронни неутрино, създадени в атмосферата на 12 мили над резервоара, в сравнение със същото съотношение, създадено от другата страна на планетата, или на около 8 000 мили. Използвайки този умен подход, те откриха, че неутрино променя своята идентичност, докато пътуват. Например, в главоблъска на Дейвис-Бакъл, електронните неутрино от слънцето се променят в другите два аромата. [Снимки: Вътре в световните най-добри физически лаборатории]

Това явление на неутрино променящи се аромати, подобно на това, че ванилията се превръща в ягодна или шоколадова, се нарича неутрино трептене. Това е така, защото неутрино не променят самоличността си и спират. Вместо това, ако им се даде достатъчно време, трите вида неутрино непрекъснато разменят своята идентичност отново и отново. Обяснението на неутрино трептенето е потвърдено и допълнително изяснено през 2001 г. от експеримент, проведен в Съдбъри, Онтарио.

Ако сте намерили тази история за главозамайваща, ние просто започваме. С течение на годините неутрино генерира повече изненади от сапунена опера по време на Седмицата на почистване.

С установеното явление на неутрино трептене учените биха могли да го изследват, използвайки ускорители на частици. Те биха могли да направят лъчи от неутрино и да характеризират колко бързо се преобразуват от един аромат в друг. Всъщност има цяла индустрия на неутрино-трептене, с ускорители по целия свят изучават явлението. Водещата лаборатория за неутрино изследвания е моята собствена Fermilab.

Четвърти аромат?

Изследване през 2001 г., проведено в лабораторията в Лос Аламос от колаборация, наречена LSND (течен сцинтилатор Neutrino Detector). Тяхното измерване не се вписваше в приетата картина на три различни аромата на неутрино. За да получат своите резултати, за да имат смисъл, те трябваха да предположат четвърти тип неутрино. И това не беше обикновен вид неутрино. Нарича се "стерилно неутрино", което означава, че за разлика от обикновените неутрино не е усещал слабата сила. Но той участва в неутрино трептене... преобразуване на неутрино аромати. И вероятно беше тежък, което означава, че беше идеален кандидат за тъмна материя.

Това би било чудесно наблюдение, но много други експерименти с неутрино не се съгласиха с тях. Всъщност резултатът от LSND беше по-външен - толкова особен, че обикновено не се използва в мета анализи на неутрино физиката.

И сега стигаме до скорошното измерване от експеримента MiniBooNE във Fermilab. Името идва от "BOOster Neutrino Experiment." Той използва един от ускорителите на Fermilab, наречен Booster, за да направи неутрино. „Мини“ идва от факта, че когато е построен, е предвидено по-голямо следване на експеримента.

Учените от MiniBooNE откриха, че техните данни всъщност подкрепят измерването на LSND и освен това, ако комбинират данните си с данните от LSND, статистическата сила на измерването е достатъчно силна, за да поиска откриване... вероятно на стерилни неутрино.

Но след това има фактът, че много други експерименти не са напълно категорични с експеримента LSND (а сега MiniBooNE). И така, какво става с това?

Е, това, както се казва, е добър въпрос. Възможно е изследователите LSND и MiniBooNE да са открили нещо, което другите експерименти са пропуснали. Или може би LSND и MiniBooNE направиха невярно откритие. Или може да се окаже, че тези две експериментални апарати са чувствителни по начин, който другите не са. Важен параметър е, че разстоянието между мястото, където са създадени неутрино и където са открити, е сравнително кратко - само няколкостотин метра, или дължината на апаратите няколко футболни игрища. Неутриновете отнемат време, за да се колебаят и ако се движат, това се превежда в разстояние. Много експерименти с неутрино трептения имат детектори, разположени на няколко или много стотици мили. Може би важното колебание се случва бързо, така че близък детектор е от решаващо значение.

Сложният проблем е, че сътрудничеството LSND и MiniBooNE, въпреки че са разделени от над десетилетие, включваше някои от същите индивиди. Така че е възможно те да повтарят същата грешка. Или може би проявява същия блясък. Трудно е да бъдем сигурни.

И така, как да разрешим това? Как да разберем кой е прав? Е, това е наука и в науката измерването и репликацията печелят спора.

И това е добра новина. Като се има предвид, че Фермилаб е избрал да развие способността си да изучава неутрино, не един, а три различни неутрино експеримента или работят, или са в процес на изграждане, с малки разстояния между създаването и откриването на неутрино. Единият се нарича MicroBooNE (по-малка версия на MiniBooNE и с различна технология), другият е ICARUS (Imaging Cosmic And Rare Underground Signals), а третият е SBN (Short Baseline Neutrino). Всички тези експерименти са далеч по-добри от MiniBooNE и LSND по отношение на техническите възможности и затова изследователите се надяват, че в рамките на няколко години, те ще направят окончателни изявления по темата за стерилните неутрино.

И така, какъв ще бъде окончателният отговор? Не знам - това е нещата в изследванията... напълно сте объркани, докато не знаете. Но това, което знам, е, че това е завладяваща мистерия, с повече от своя дял от изненади и gotchas. Почти съм сигурен, че дори Шерлок Холмс би бил озадачен.

Първоначално публикуван в WordsSideKick.com.

Дон Линкълн допринесе тази статия за науката на живо Гласове на експерти: Op-Ed & Insights.


Видео Добавка: .




Изследване


Лазерите Могат Да Направят Компютрите 1 Милион Пъти По-Бързи
Лазерите Могат Да Направят Компютрите 1 Милион Пъти По-Бързи

Уау! Ръката, Контролирана От Ума, Позволява На Човека Да Движи Протезни Пръсти
Уау! Ръката, Контролирана От Ума, Позволява На Човека Да Движи Протезни Пръсти

Наука Новини


Може Ли Феновете На Seahawks Да Причинят Голямо Земетресение?
Може Ли Феновете На Seahawks Да Причинят Голямо Земетресение?

WordsSideKick.com: Вникване В Произхода На Живота С Помощта На Нов Вид Микроскоп
WordsSideKick.com: Вникване В Произхода На Живота С Помощта На Нов Вид Микроскоп

Бившият Ръководител На Тайната Нло Програма На Пентагона Има Да Разкаже Някои (Странни) Истории
Бившият Ръководител На Тайната Нло Програма На Пентагона Има Да Разкаже Някои (Странни) Истории

13 Плешиви Орли Може Да Са Отровени: Предлага Се Награда
13 Плешиви Орли Може Да Са Отровени: Предлага Се Награда

Най-Високата Планина В Америка Има Сериозен Проблем С Човешкия Пук
Най-Високата Планина В Америка Има Сериозен Проблем С Човешкия Пук


BG.WordsSideKick.com
Всички Права Запазени!
Възпроизвеждането На Използваните Материали Оставя Само Prostanovkoy Активна Връзка Към Сайта BG.WordsSideKick.com

© 2005–2019 BG.WordsSideKick.com