Fizika üzrə Nobel mükafatı laureatı neytrinoların kütləsini ölçməyi planlaşdırır. Təsdiqinə görə fizika üzrə Nobel mükafatının verildiyi neytrino salınımları nəzəriyyəsi SSRİ-də kiçik neytral hissəcikdə irəli sürüldü.
Fiziklər, laureatlar Nobel Mükafatı 2015 fenomeni kəşf etdi, uyğunsuzümumi qəbul edilmiş ilə Elementar hissəciklərin standart modeli. Bir-birindən asılı olmayaraq, bunu eksperimental olaraq təsdiqlədilər neytrinoların kütləsi var. Elementar hissəciklərin kütlələrinin əmələ gəlməsinin Hiqqs mexanizmi bu hadisəni izah edə bilməz. Standart Modelə görə, neytrinoların kütləsi olmamalıdır.
Çoxlu suallar yaranır və yeni tədqiqatlar üçün geniş sahə açılır.
Həmçinin daxil 60-lar keçən əsr Bruno Pontecorvo, məşhur italyan və sovet(mühacirət etdi SSRİ 1950-ci ildə) fizik, kim işləyib Birgə Nüvə Tədqiqatları İnstitutu V Dubna, neytrinoların kütləsi olduğunu irəli sürdü və bu fərziyyəni yoxlamaq üçün təcrübə ideyasını irəli sürdü. Neytrinolarda kütlənin olmasının sübutu onların salınımlarının müşahidəsi ola bilər. Salınımlar sistemin vəziyyətində təkrarlanan proseslərdir.
Neytrinolar üçün bu üç növ neytrinoların təkrar çevrilməsi(elektron, muon və tau neytrinoları) bir-birinə daxil olur. Nəzəriyyədən belə nəticə çıxdı ki, rəqs dövrlərinin müddəti bir növdən digərinə keçən neytrino kütlələrinin kvadratlarının fərqi ilə müəyyən edilir. Hesab olunurdu ki, elektron neytrino ən kiçik kütləyə, muon neytrino bir az daha çox, tau neytrino isə daha çox kütləyə malikdir. Salınımları müşahidə etməklə kütlələrin kvadratlarındakı fərqi təxmin etmək və bununla da neytrino kütlələrinin mövcud olduğunu sübut etmək olar, lakin bu təcrübədə hər bir neytrino növünün kütlələrinin dəyərini ayrıca qiymətləndirmək mümkün deyil.
Nobel mükafatı laureatı Artur MacDonald Kanadadakı Sudbury Neytrino Rəsədxanasında günəş neytrinolarının axını tədqiq etdi. Günəşdən gələn neytrino axını dünyanın müxtəlif yeraltı rəsədxanalarında dəfələrlə tədqiq edilib və həmişə məlum olub ki, müşahidə olunan neytrino axını gözləniləndən üç dəfə azdır. Gözlənilən axın günəş nüvəsində baş verən termonüvə reaksiyalarından neytrino məhsuldarlığına uyğun olaraq hesablanmışdır. Bu reaksiyalar nəticəsində Günəşdən elektron neytrino axını çıxır. Detektorların aşkar edə bildiyi bu tip neytrino idi. Çoxdan güman edilirdi ki, Günəşdən gələn neytrinolar elektrondan başqa növlərə keçə bilirlər. Artur MacDonald hər üç növ neytrino axınını müşahidə edə bildi və ümumilikdə onların gözlənilənlərə uyğun olduğunu göstərdi. Göstərilmişdir ki, salınımlar dövrü neytrino axınının Günəşdən Yerə keçməsi üçün lazım olan müddətdən daha qısadır və bu müddət ərzində çoxlu sayda elektron neytrino muon və tauya çevrilməyi bacarır. Beləliklə, rəqslər prosesi eksperimental olaraq kəşf edildi və nəticədə neytrino kütləsinin olduğu təsdiqləndi.
Nobel mükafatı laureatı Takaaki Khajiit Super-Kamiokande neytrino teleskopunda yüksək enerjili neytrinoların müşahidələrini aparmışdır. Kosmik şüaların təsiri nəticəsində Yer atmosferində yüksək enerjili neytrinolar yaranır. Təcrübə detektora birbaşa atmosferdən gələn muonik netrinlərin axını ilə Yerin əks tərəfindən detektora qədər keçən neytrinoların axınının müqayisəsindən ibarət idi. Məlum oldu ki, ikinci axında muon neytrinolarının bir hissəsi elektrona çevrilir. Beləliklə, müstəqil olaraq sübut edildi ki, neytrino axınlarında rəqslər baş verir və buna görə də neytrinoların kütləsi var.
Əslində, həm proseslərin özləri, həm də onların müşahidələri bu mətndə təsvir olunanlardan daha mürəkkəb bir çox miqyasdadır.
MOSKVA, 6 oktyabr - RİA Novosti. Neytrino salınımlarının kəşfinə görə yapon Takaaki Kajita ilə birlikdə 2015-ci il Nobel mükafatını alan kanadalı fizik Artur MakDonald, elm adamlarına açıqladığı Kainatın yaranmasının sirrini açmağa imkan verəcək neytrinoların dəqiq kütləsini ölçməyi xəyal edir. Stokholmda keçirilən mətbuat konfransında.
“Bəli, neytrinoların nə olduğu və onların çevrilmələrinin fizikanın Standart Modelinə necə uyğunlaşması ilə bağlı hələ də çoxlu suallarımız var, biz hələ neytrinoların kütləsinin nə olduğunu bilmirik və indi laboratoriyalarımızda təcrübələr aparılır. Biz bunu hesablamağa və bu hissəciklərin başqa növlərinin olub-olmadığını anlamağa çalışırıq”, - deyə alim bildirib.
2015-ci il Fizika üzrə Nobel Mükafatı neytrino salınımlarına görə verilibNobel Komitəsinin bəyanatında deyilir ki, mükafat kainat anlayışını qəti şəkildə dəyişdirə biləcək kəşfə görə alimlər Artur B. MacDonald (Kanada) və Takaaki Kaitaya (Yaponiya) verilib.McDonald və Khajita 1998-ci ildə neytrino salınımları fenomenini - bu tutulmaz hissəciklərin üç növ: elektron, muon və tau neytrinoları arasında "keçmək" qabiliyyətini kəşf etdiklərinə görə 2015-ci ildə Fizika üzrə Nobel Mükafatını qazandılar.
Neytrinolar müxtəlif növ nüvə reaksiyaları nəticəsində, xüsusən də nüvə reaktorlarında yaranan və ya Günəşdə doğulan və kosmik şüalarla Yerə düşən elektrik cəhətdən neytral elementar hissəciklərdir. Onlar son dərəcə yüksək nüfuzetmə qabiliyyəti ilə seçilirlər. Bir neytrino yüzlərlə metr betondan keçə bilər və maneəni "görməz".
Müxtəlif növ neytrinoların bir-birinə çevrilmə qabiliyyəti yalnız bu hissəciyin kütləsi sıfırdan fərqli olduqda mövcud ola bilər. Kainatın kütləsinin təxminləri və buna görə də onun gələcək taleyi ilə bağlı fikirlər neytrinolarda kütlənin olmasından asılıdır. Bundan əlavə, neytrinoların sıfırdan fərqli kütləsi Kainatın materiyadan ibarət olduğunu və orada praktiki olaraq heç bir antimaddə olmadığını izah edə bilər, baxmayaraq ki, Böyük Partlayış anında hər ikisinin bərabər miqdarı meydana çıxmalı idi.
Makdonald və Xajitanın kəşfi nəhayət ki, 2015-ci ilin yayında, CERN fizikləri məşhur OPERA detektorunun yerləşdiyi İsveçrədən İtaliyaya hərəkət edən muon neytrinoları axınında beşinci tau neytrino aşkar etdikdə təsdiqləndi ki, bu da "superluminal neytrino"nun yaranmasına səbəb oldu. 2011-ci ildəki sensasiya tezliklə təkzib edildi.
Mütəxəssislərin fikrincə, indi neytrino tədqiqatlarının nəticələrinin necə istifadə olunacağını proqnozlaşdırmaq mümkün deyil. Lakin bu tədqiqatların artıq müəyyən praktiki nəticələri var və ya yaxın gələcəkdə gözlənilə bilər.
Rusiyalı alimlərin “Elm bazar ertəsi” çərçivəsində RİA Novosti-yə verdiyi məlumata görə, Yerin neytrinoskopiyasından istifadə etməklə, Yerin daxili hissəsindəki süxurların xəritəsini çəkmək, Antarktidada vulkan püskürmələri və buzların əriməsinin tarixini öyrənmək, həmçinin əməliyyata nəzarət etmək mümkündür. nüvə stansiyalarının və nüvə silahı sınaqlarının monitorinqi.
2015-ci il Nobel mükafatı "neytrinoların kütləsi olduğunu sübut edən neytrino salınımlarının kəşfinə" görə verilib.
1998-ci ildə o vaxt Super-Kamiokande əməkdaşlığının üzvü olan Takaaki Kajita detektora gedən yolda atmosfer mu-neytrinolarının, yəni atmosferdən keçən kosmik şüaların yaratdığı neytrinoların yoxa çıxmasını nümayiş etdirən məlumatları təqdim etdi. 2001-ci ildə Sudbury Neytrino Rəsədxanasının (SNO) Əməkdaşlığının direktoru Artur B. McDonald günəş elektron neytrinolarının mu və tau neytrinolarına çevrilməsinə dair sübutlar dərc etdi. Bu kəşflər böyük əhəmiyyətə malik idi və hissəciklər fizikasında bir irəliləyiş oldu. Neytrino salınımları və neytrinoların təbiəti, neytrino kütləsi və leptonların yük nisbətinin simmetriyasını pozmaq imkanları ilə bağlı bir-biri ilə əlaqəli suallar kosmologiyanın və elementar hissəciklər fizikasının bu gün ən vacib məsələləridir.
Biz neytrinolar dünyasında yaşayırıq. Hər saniyə bədənimizdən minlərlə milyardlarla neytrino "axar". Onları görmək və hiss etmək olmaz. Neytrinolar kosmosda demək olar ki, işıq sürəti ilə tələsirlər və praktiki olaraq maddə ilə qarşılıqlı əlaqədə olmurlar. Həm kosmosda, həm də Yerdə çoxlu sayda neytrino mənbəyi var. Bəzi neytrinolar Böyük Partlayış nəticəsində yaranmışdır. İndi neytrinoların mənbələri super novaların partlayışları və super nəhəng ulduzların çürüməsi, həmçinin atom elektrik stansiyalarında radioaktiv reaksiyalar və təbiətdəki təbii radioaktiv parçalanma prosesləridir. Beləliklə, neytrinolar fotonlardan, işıq hissəciklərindən sonra ən çox sayda elementar hissəciklərdir. Ancaq buna baxmayaraq, onların varlığı uzun müddət müəyyən edilmədi.
Neytrinoların mövcud olma ehtimalı Avstriyalı fizik Volfqanq Pauli tərəfindən beta parçalanma zamanı enerjinin çevrilməsini (elektronların emissiyası ilə atomun radioaktiv parçalanmasının bir növü) izah etmək cəhdi kimi təklif edilmişdir. 1930-cu ilin dekabrında o, enerjinin bir hissəsinin çox az kütləli (bəlkə də kütləsiz) elektrik cəhətdən neytral, zəif qarşılıqlı təsir göstərən hissəcik tərəfindən götürülməsini təklif etdi. Pauli özü belə bir hissəciyin mövcudluğuna inanırdı, lakin eyni zamanda, eksperimental fizika üsullarından istifadə edərək belə parametrlərə malik hissəciyi aşkar etməyin nə qədər çətin olduğunu başa düşürdü. O, bu barədə yazırdı: "Mən dəhşətli bir şey etdim, aşkar edilə bilməyən bir hissəciyin varlığını irəli sürdüm." Tezliklə, 1932-ci ildə protona bənzər, lakin yalnız neytral (atomun bir hissəsi neytrondur) kütləvi, güclü qarşılıqlı təsir göstərən zərrəciyin kəşfindən sonra italyan fiziki Enriko Fermi təklif etdi ki, Pauli çətin elementar hissəciyi neytrino adlandırsın.
Neytrinoları aşkar etmək imkanı yalnız 50-ci illərin sonlarında, çoxlu sayda atom elektrik stansiyası tikildikdə və neytrino axını əhəmiyyətli dərəcədə artdıqda ortaya çıxdı. 1956-cı ildə F. Reyns (həmçinin daha sonra 1995-ci il Nobel mükafatı laureatı) sovet fiziki B.M.-in ideyasını həyata keçirmək üçün eksperiment keçirdi. Pontecorvo Cənubi Karolinadakı nüvə reaktorunda neytrinoların və antineytrinoların aşkarlanması haqqında. Nəticədə o, Volfqanq Pauliyə (ölümündən cəmi bir il əvvəl) teleqram göndərərək, neytrinoların detektorunda izlər qoyduğunu bildirir. Və artıq 1957-ci ildə B.M. Pontecorvo, neytrino salınımları ideyasına öncülük etdiyi neytrinolar haqqında başqa bir qabaqcıl əsər nəşr etdi.
60-cı illərdən etibarən elm adamları yeni elmi istiqaməti - neytrino astronomiyasını inkişaf etdirməyə fəal şəkildə başladılar. Tapşırıqlardan biri Günəşdəki nüvə reaksiyaları nəticəsində əmələ gələn neytrinoların sayını hesablamaq idi. Lakin Yerdəki neytrinoların təxmini sayını qeyd etmək cəhdləri göstərdi ki, neytrinoların təxminən üçdə ikisi əskikdir! Təbii ki, aparılan hesablamalarda səhvlər ola bilər. Ancaq mümkün həll yollarından biri neytrinoların bəzilərinin növünü dəyişməsi idi. Hal-hazırda hissəciklər fizikasında qüvvədə olan Standart Modelə uyğun olaraq (Şəkil 1) üç növ neytrino var - elektron neytrinolar, mu-neytrinolar və tau neytrinolar.
Şəkil 1 - Standart Model hissəciklər fizikasında bütün elementar hissəciklərin elektromaqnit, zəif və güclü qarşılıqlı təsirlərini təsvir edən nəzəri konstruksiyadır. Standart Model hər şeyin nəzəriyyəsi deyil, çünki o, qaranlıq maddəni, qaranlıq enerjini təsvir etmir və cazibə qüvvəsini ehtiva etmir. Tərkibində 6 lepton (elektron, muon, tau lepton, elektron neytrino, muon neytrino və tau neytrino), 6 kvark (u, d, s, c, b, t) və 12 müvafiq antihissəcik var. (http://elementy.ru/LHC/HEP/SM)
Hər bir neytrino növü onun yüklü partnyoruna - elektrona və daha qısa ömürlü digər iki ağır hissəcikə - muon və tau leptona uyğun gəlir. Günəşdəki nüvə reaksiyaları nəticəsində yalnız elektron neytrinolar doğulur və itkin neytrinolar, əgər Yerə gedərkən elektron neytrinolar mu-neytrinolara və tau-neytrinolara çevrilə bilsələr, tapıla bilər.
Yerin dərinliklərində neytrinoların axtarışı
Kosmik şüalanma və ətraf mühitdə baş verən spontan radioaktiv reaksiyalar nəticəsində yaranan kənar səs-küyün qarşısını almaq üçün yerin dərinliklərində tikilmiş nəhəng qurğularda gecə-gündüz davamlı olaraq neytrinoların axtarışı aparılır. Bir neçə həqiqi günəş neytrinosunun siqnallarını milyardlarla yalandan ayırmaq çox çətindir.
Super-Kamiokande Neytron Rəsədxanası 1996-cı ildə Tokiodan 250 km şimal-qərbdə, Kamioka dağının altında tikilib. Digər rəsədxana, Sudbury Neutrino Rəsədxanası (SNO) 1999-cu ildə Ontario yaxınlığındakı nikel mədənində tikilmişdir.
Şəkil 2 – Super-Kamiokande atmosfer neytrino detektorudur. Bir neytrino su ilə qarşılıqlı əlaqədə olduqda, elektrik yüklü bir hissəcik yaranır. Bu, işıq detektorları tərəfindən qeydə alınan Cherenkov-Vavilov radiasiyasının görünüşünə səbəb olur. Çerenkov-Vavilov şüalanma spektrinin forması və intensivliyi hissəciklərin növünü və haradan gəldiyini müəyyən etməyə imkan verir.
Super-Kamiokande 1000 metr dərinlikdə qurulmuş nəhəng detektordur. O, 50 min ton su ilə doldurulmuş 40 ilə 40 metr ölçüdə bir çəndən ibarətdir. Çəndəki su o qədər safdır ki, işıq intensivliyi yarıya qədər azalmadan 70 metr məsafəni qət edə bilir. Adi bir hovuzda bu məsafə cəmi bir neçə metrdir. Tankın yan tərəflərində, yuxarı və aşağı hissələrində suda ən kiçik işıq parıltısını qeyd etməyə imkan verən 11.000 işıq detektoru var. Çoxlu sayda neytrino su anbarından keçir, lakin onlardan yalnız bir neçəsi elektrik yüklü hissəciklər yaratmaq üçün atomlar və/yaxud elektronlarla qarşılıqlı əlaqədə olur. Müonlar mu-neytrinolardan, elektronlar isə elektron neytrinolardan əmələ gəlir. Yaranan yüklü hissəciklərin ətrafında mavi işıq çaxmaları əmələ gəlir. Bu, yüklü hissəciklər müəyyən bir mühitdə işıq sürətindən çox sürətlə hərəkət etdikdə baş verən sözdə Çerenkov-Vavilov şüalanmasıdır. Və bu, Eynşteynin vakuumda heç bir şeyin işıq sürətindən daha sürətli hərəkət edə bilməyəcəyini söyləyən nəzəriyyəsinə zidd deyil. Suda işığın sürəti vakuumdakı işığın sürətinin yalnız 70%-i qədərdir və buna görə də yüklü hissəciyin sürəti ilə bloklana bilər.
Kosmik şüalanma atmosferin təbəqələrindən keçdikdə çoxlu sayda mu-neytrinolar doğulur ki, onların detektora qədər cəmi bir neçə on kilometr yol getməsi lazımdır. Super-Kamiokande birbaşa atmosferdən gələn mu-neytrinoları, eləcə də qarşı tərəfdən detektora daxil olan, yer kürəsinin bütün qalınlığından keçən neytrinoları aşkar edə bilir. Hər iki istiqamətdə aşkar edilən mu-neytrinoların sayının eyni olacağı gözlənilirdi, çünki yerin qalınlığı neytrinolar üçün heç bir maneə yaratmır. Bununla belə, Super-Kamiokanda birbaşa atmosferdən vuran neytrinoların sayı daha çox idi. Hər iki istiqamətdə gələn elektron neytrinoların sayı bir-birindən fərqlənmirdi. Məlum olub ki, mu-neytrinonun yerin qalınlığı boyunca daha uzun bir yol qət edən hissəsi, çox güman ki, bir növ tau-neytrinoya çevrilib. Lakin bu çevrilmələri birbaşa Super-Kamiokande rəsədxanasında qeydə almaq mümkün deyildi.
Neytrino çevrilmələrinin və ya neytrino salınımlarının mümkünlüyü ilə bağlı suala yekun cavab almaq üçün ikinci neytrino rəsədxanası Sadberi Neytrino Rəsədxanasında başqa bir təcrübə aparıldı (Şəkil 3). O, yerin 2000 metr altında tikilib və 9500 işıq detektoru ilə təchiz edilib. Rəsədxana enerjisi atmosferin təbəqələrində yarananlardan xeyli aşağı olan günəş neytrinolarını aşkar etmək üçün nəzərdə tutulub. Tank təkcə təmizlənmiş su ilə deyil, su molekulunda hər bir hidrogen atomunun əlavə bir neytron olduğu ağır su ilə dolduruldu. Beləliklə, neytrinoların ağır hidrogen atomları ilə qarşılıqlı təsir ehtimalı daha yüksəkdir. Bundan əlavə, ağır nüvələrin olması neytrinoların digər nüvə reaksiyaları ilə qarşılıqlı əlaqədə olmasına imkan verir və buna görə də fərqli intensivlikdə işıq parıltıları müşahidə olunacaq. Bəzi reaksiya növləri bütün növ neytrinoları aşkar etməyə imkan verir, lakin təəssüf ki, bir növü digərindən dəqiq ayırmağa imkan vermir.
Şəkil 3 - Sudbury Neytrino Rəsədxanası günəş neytrino detektorudur. Ağır hidrogen nüvələri və neytrinolar arasındakı reaksiyalar eyni vaxtda həm yalnız elektron neytrinoları, həm də bütün növ neytrinoları aşkar etməyə imkan verir. (Nobel Komitəsinin nobelprize.org və İsveç Elmlər Akademiyasının kva.se saytından 2 və 3-cü illüstrasiyalar)
Təcrübə başlayandan sonra rəsədxana hər 1 sm2-də Günəşdən Yerə gələn 60 milyard neytrinodan gündə 3 neytrino aşkar etdi. Və yenə də elektron günəş neytrinolarının hesablanmış sayından 3 dəfə az idi. Rəsədxanada aşkar edilmiş bütün növ neytrinoların ümumi sayı Günəş tərəfindən buraxılan neytrinoların gözlənilən sayına yüksək dəqiqliklə uyğun gəlirdi. İki neytrino rəsədxanasının eksperimental nəticələrinin ümumiləşdirilməsi, Pontecorvonun neytrino salınımlarının fundamental mümkünlüyü haqqında irəli sürdüyü nəzəriyyə Günəşdən Yerə gedən yolda neytrino çevrilmələrinin mövcudluğunu sübut etməyə imkan verdi. Bu iki rəsədxanada, Super-Kamiokande və Sudbury Neutrino Rəsədxanasında təsvir edilən nəticələr ilk dəfə əldə edilmiş və onların şərhi 2001-ci ildə təklif edilmişdir. Təcrübələrin düzgünlüyünü nəhayət yoxlamaq üçün bir il sonra, 2002-ci ildə neytron mənbəyi kimi reaktordan istifadə edilən KamLAND eksperimentinə (Kamioka Liquid scintillator AntiNeutrino Detector) başlandı. Bir neçə il sonra, kifayət qədər statistik məlumatlar toplanandan sonra, neytrino çevrilməsi ilə bağlı nəticələr yüksək dəqiqliklə təsdiqləndi.
Neytrino çevrilmələrinin və ya neytrino salınımlarının mexanizmini izah etmək üçün alimlər kvant mexanikasının klassik nəzəriyyəsinə müraciət etdilər. Elektron neytrinoların mu- və tau-neytrinolara çevrilməsinin təsiri kvant mexanikası nöqteyi-nəzərindən neytrinoların kütləyə malik olmasını nəzərdə tutur, əks halda bu proses hətta nəzəri cəhətdən mümkün deyildir. Kvant mexanikasında müəyyən kütləli hissəcik müəyyən tezlikli dalğaya uyğun gəlir. Neytrinolar, müxtəlif kütlələrə malik müxtəlif növ neytrinolara uyğun gələn dalğaların superpozisiyasıdır. Dalğalar fazada olduqda, bir növ neytrinonu digərindən ayırmaq mümkün deyil. Lakin neytrinoların Günəşdən Yerə əhəmiyyətli bir hərəkəti zamanı dalğaların defazasiyası baş verə bilər və sonra onların sonrakı superpozisiyası fərqli şəkildə mümkündür. Sonra bir növ neytrino digərindən ayırmaq mümkün olur. Bu özünəməxsus dəyişikliklər ona görə baş verir ki, müxtəlif növ neytrinolar müxtəlif kütlələrə malikdirlər, lakin onlar çox az miqdarda fərqlənirlər. Neytrinonun kütləsinin elektronun kütləsindən milyonlarla dəfə az olduğu təxmin edilir - bu, əhəmiyyətsiz bir miqdardır. Bununla belə, neytrinolar çox yayılmış hissəciklər olduğuna görə, bütün neytrinoların kütlələrinin cəmi bütün görünən ulduzların kütləsinə təxminən bərabərdir.
Fiziklərin bu cür uğurlarına baxmayaraq, bir çox suallar hələ də həll olunmamış qalır. Neytrinolar niyə bu qədər yüngüldür? Neytrinoların başqa növləri varmı? Neytrinolar digər elementar hissəciklərdən niyə bu qədər fərqlidirlər? Təcrübələr davam edir və ümid var ki, onlar neytrinoların yeni xüsusiyyətlərini üzə çıxaracaq və beləliklə, bizi Kainatın tarixini, quruluşunu və gələcəyini anlamağa yaxınlaşdıracaq.
nobelprize.org saytından materiallardan hazırlanmışdır.
Populyar ədəbiyyat və resurslar
Takaaki Kajita və Artur B. McDonald
2015-ci il Fizika üzrə Nobel Mükafatı neytrino salınımlarının kəşfinə görə verilib. Mükafatın qalibləri kanadalı alimlər Artur B. McDonald və yaponiyalı Takaaki Kajita olub.
Neytrinoların vəziyyəti dəyişə biləcəyini nümayiş etdirən təcrübələrə verdiyi mühüm töhfələrə görə. Bu metamorfoz neytrinoların kütləyə malik olmasını tələb edir. Nobel Komitəsi bildirib ki, elm adamlarının kəşfi maddə haqqında anlayışımızı dəyişib və Kainat haqqında anlayışımızı qəti şəkildə dəyişə bilər.
McDonald Kaliforniya Texnologiya İnstitutunun (ABŞ) professoru və Queens Universitetinin (Kanada) fəxri professorudur. Takaaki Kaita Kosmik Şüaların Tədqiqat İnstitutuna rəhbərlik edir və Tokio Universitetinin professorudur.
Keçən il fizika üzrə Nobel mükafatı İsamu Akasaki (Yaponiya), Hiroşi Amano (Yaponiya) və Şuji Nakamuraya (ABŞ) yeni enerjiyə qənaət edən və ekoloji cəhətdən təmiz işıq mənbəyi - mavi işıq yayan diodun ixtirasına görə verildi. LED). Alimlərin ixtirası adi ampullərə effektiv alternativdir.
BBC xəbər verir ki, fizika üzrə ən çox mükafat elementar hissəciklər (34), nüvə fizikası (28), qatılaşdırılmış maddə fizikası (28) və kvant mexanikası (11) üzrə tədqiqatlara görə verilib. Bütün dövrlərin, elm sahələrinin və xalqların ən məşhur Nobel mükafatçısı Albert Eynşteyn olmuşdur. 1921-ci ildə o, fizika üzrə Nobel mükafatı aldı - deyildiyi kimi, nəzəri fizika sahəsindəki xidmətlərinə və xüsusən də fotoelektrik effektin kəşfinə görə.
Əlavə etmək lazımdır ki, neytrino salınımlarının lehinə olan bu ilkin dəlillərin hamısı “yoxa çıxan təcrübələrdə” əldə edilmişdir. Bunlar axını ölçdüyümüz, gözləniləndən daha zəif olduğunu gördüyümüz və axtardığımız neytrinoların fərqli bir çeşidə çevrildiyini təxmin etdiyimiz təcrübələr növüdür. Daha inandırıcı olmaq üçün eyni prosesi neytrinoların “ortaya çıxması ilə bağlı təcrübə” vasitəsilə birbaşa görmək lazımdır. İndi də bu cür təcrübələr aparılır və onların nəticələri nəsli kəsmə təcrübələrinə uyğundur. Məsələn, CERN-də 732 km məsafədə yerləşən İtaliyanın Qran Sasso laboratoriyası istiqamətində güclü muon neytrino şüasını “tutan” xüsusi sürətləndirici xətti var. İtaliyada quraşdırılmış OPERA detektoru bu axında tau neytrinoları axtarır. Beş illik fəaliyyəti ərzində OPERA artıq beş tau neytrino tutdu, buna görə də bu, əvvəllər aşkar edilmiş salınımların reallığını qəti şəkildə sübut edir.
İkinci akt: Günəş anomaliyası
Neytrino fizikasının həllini tələb edən ikinci sirri günəş neytrinolarına aid idi. Neytrinolar termonüvə sintezi zamanı Günəşin mərkəzində doğulurlar. Müasir astrofizika sayəsində biz Günəşin mərkəzində nə baş verəcəyini yaxşı bilirik, yəni orada neytrino istehsal sürətini və onların Yerə çatan axınını hesablaya bilərik. Bu axını eksperimental olaraq ölçməklə (şək. 6) biz ilk dəfə birbaşa Günəşin mərkəzinə baxa və onun quruluşunu və işini nə dərəcədə yaxşı başa düşdüyümizi yoxlaya biləcəyik.
Günəş neytrinolarını aşkar etmək üçün eksperimentlər 1960-cı illərdən bəri aparılır; 2002-ci il üçün Fizika üzrə Nobel Mükafatının bir hissəsi məhz bu müşahidələrə görə verilib. Günəş neytrinolarının enerjisi MeV və ya daha az olduğu üçün, neytrino detektoru onların istiqamətini təyin edə bilməz, ancaq neytrinoların yaratdığı nüvə çevrilmə hadisələrinin sayını qeyd edir. Və burada da dərhal bir problem yarandı və getdikcə gücləndi. Məsələn, təxminən 25 il fəaliyyət göstərən Homestake təcrübəsi göstərdi ki, dalğalanmalara baxmayaraq, onun qeydə aldığı axın astrofiziklərin proqnozlaşdırdığından orta hesabla üç dəfə azdır. Bu məlumatlar 90-cı illərdə digər təcrübələr, xüsusən də Gallex və SAGE tərəfindən təsdiq edilmişdir.
Detektorun düzgün işləməsinə inam o qədər böyük idi ki, bir çox fiziklər astrofiziki nəzəri proqnozların haradasa uğursuzluğa düçar olduğuna inanmağa meylli idilər - Günəşin mərkəzində proseslər çox mürəkkəb idi. Bununla belə, astrofiziklər modeli təkmilləşdirdilər və proqnozların etibarlılığına təkid etdilər. Beləliklə, problem davam etdi və izahat tələb olundu.
Təbii ki, burada da nəzəriyyəçilər çoxdan neytrino salınımları haqqında düşünürlər. Güman edilirdi ki, Günəşin içindən gələn yolda bəzi elektron neytrinolar muon və ya tauya çevrilir. Homestake və GALLEX kimi eksperimentlər dizaynlarına görə eksklüziv olaraq elektron neytrinoları tutduqlarına görə onlar az hesablanır. Üstəlik, 70-80-ci illərdə nəzəriyyəçilər Günəşin içərisində yayılan neytrinoların vakuumdakından bir qədər fərqli salınması lazım olduğunu proqnozlaşdırdılar (bu fenomen Mixeev-Smirnov-Volfenşteyn effekti adlanırdı), bu da günəş anomaliyasını izah etməyə kömək edə bilər.
Günəş neytrinoları problemini həll etmək üçün zahirən sadə bir iş görmək lazım idi: bütün növ neytrinoların tam axını, həmçinin ayrıca elektron neytrinoların axını tuta bilən detektor qurmaq. O zaman Günəşin daxilində əmələ gələn neytrinoların yoxa çıxmamasını, sadəcə olaraq növünü dəyişməsini təmin etmək mümkün olacaq. Lakin neytrinoların aşağı enerjisi səbəbindən bu problemli idi: axı onlar müon və ya tau leptona çevrilə bilməzlər. Bu o deməkdir ki, biz onları başqa cür axtarmaq lazımdır.
Super-Kamiokande detektoru atomun elektronları üzərində neytrinoların elastik səpilməsindən istifadə edərək və elektronun qəbul etdiyi geri çəkilməni qeyd edərək bu problemin öhdəsindən gəlməyə çalışdı. Belə bir proses, prinsipcə, bütün növ neytrinolara həssasdır, lakin zəif qarşılıqlı təsirin xüsusiyyətlərinə görə, ona böyük töhfə elektron neytrinolardan gəlir. Buna görə də ümumi neytrino axınına həssaslığın zəif olduğu ortaya çıxdı.
Və burada başqa bir neytrino detektoru, SNO həlledici sözü söylədi. O, Super-Kamiokandedən fərqli olaraq, adi deyil, tərkibində deyteri olan ağır sudan istifadə edib. Deyterium nüvəsi, deytron, proton və neytrondan ibarət zəif bağlı sistemdir. Enerjisi bir neçə MeV olan neytrinonun təsirindən deytron proton və neytrona parçalana bilər: \(\nu + d \to \nu + p + n\). Zəif qarşılıqlı təsirin neytral komponentinin (daşıyıcısı Z-bozondur) yaratdığı bu proses hər üç növ neytrinolara eyni həssaslığa malikdir və deuterium nüvələri tərəfindən bir neytronun tutulması və emissiya ilə asanlıqla aşkar edilir. qamma kvantının. Bundan əlavə, SNO deytronun zəif qarşılıqlı təsirlərin yüklü komponenti (daşıyıcısı) iki protona, \(\nu_e + d \to e + p + p\) parçalanması ilə sırf elektron neytrinoları ayrıca aşkar edə bilər. W bozonu).
SNO əməkdaşlığı 1998-ci ildə statistik məlumat toplamağa başladı və kifayət qədər məlumat toplandıqdan sonra o, ümumi neytrino axınının və onun elektron komponentinin ölçülməsinin nəticələrini 2001 və 2002-ci illərdə iki nəşrdə təqdim etdi (bax: ν nisbətinin ölçülməsi e +d→səh+səh+e B Və ). Və nədənsə hər şey birdən öz yerinə düşdü. Ümumi neytrino axını əslində günəş modelinin proqnozlaşdırdığına uyğun gəlirdi. Elektron hissə əvvəlki nəslin çoxsaylı əvvəlki təcrübələri ilə razılaşaraq həqiqətən bu axının yalnız üçdə biri idi. Beləliklə, günəş neytrinoları heç bir yerdə itmədi - sadəcə olaraq, elektron neytrinolar şəklində Günəşin mərkəzində doğulduqdan sonra Yerə gedərkən əslində fərqli tipli neytrinolara çevrildilər.
Üçüncü hərəkət, davam edir
Daha sonra, əsrin əvvəlində digər neytrino təcrübələri həyata keçirildi. Fiziklər neytrinoların salındığından çoxdan şübhələnsələr də, təkzibedilməz arqumentlər təqdim edən Super-Kamiokande və SNO idi - bu, onların elmi məziyyətləridir. Onların nəticələrindən sonra neytrino fizikasında birdən-birə faza keçidi baş verdi: hamını əzablandıran problemlər aradan qalxdı və salınımlar təkcə nəzəri mülahizələrə deyil, eksperimental tədqiqatın predmetinə çevrildi. Neytrino fizikası partlayıcı inkişafa məruz qalıb və hazırda hissəciklər fizikasının ən aktiv sahələrindən biridir. Orada müntəzəm olaraq yeni kəşflər edilir, bütün dünyada yeni eksperimental qurğular işə salınır - atmosfer, kosmos, reaktor, sürətləndirici neytrinoların detektorları - və minlərlə nəzəriyyəçi ölçülmüş neytrino parametrlərində Yeni Fizikanın işarələrini tapmağa çalışır.
Mümkündür ki, gec-tez belə bir axtarışda Standart Modeli əvəz edəcək, bir neçə müşahidəni birləşdirəcək və neytrino kütlələrini və rəqslərini, qaranlıq maddəni və mənşəyi təbii izah etməyə imkan verəcək müəyyən bir nəzəriyyə tapmaq mümkün olacaq. dünyamızdakı maddə ilə antimaddə arasındakı asimmetriya və digər sirlər. Neytrino sektorunun bu axtarışda əsas oyunçuya çevrilməsi əsasən Super-Kamiokande və SNO ilə bağlıdır.
Mənbələr:
1) Super Kamiokande Əməkdaşlıq. Atmosfer neytrinolarının salınmasına dair sübutlar // Fizik. Rev. Lett. V. 81. 24 avqust 1998-ci ildə nəşr edilmişdir.
2) SNO Əməkdaşlığı. ν dərəcəsinin ölçülməsi e +d→səh+səh+e− 8 tərəfindən yaradılan qarşılıqlı əlaqə B Sudbury Neytrino Rəsədxanasında Günəş Neytrinosu // Fizik. Rev. Lett. V. 87. 25 iyul 2001-ci ildə nəşr edilmişdir.
3) SNO Əməkdaşlığı. Sudbury Neytrino Rəsədxanasında Neytrino Ləzzətinin Neytral-Cərəyan Qarşılıqlı Təsirlərindən birbaşa Dəlil // Fizik. Rev. Lett. V. 89. 13 iyun 2002-ci ildə nəşr edilmişdir.