В этой серии статей мы исследуем странный и удивительный мир астрономического жаргона! Вы едва сможете увидеть сегодняшнюю тему: нейтрино!
Нейтрино, пожалуй, одна из самых раздражающих частиц во всей физике. Физик Вольфганг Паули впервые предположил существование нейтрино, чтобы объяснить, почему ядерная реакция бета-распада нарушает закон сохранения энергии и импульса. Он думал, что крошечная невидимая частица может унести дополнительную энергию и импульс.
Позже физики подтвердят существование нейтрино. Энрико Ферми назвал его так от итальянских слов “маленький, нейтральный”.
Масса нейтрино настолько мала, что в течение десятилетий физики думали, что они полностью лишены массы и движутся со скоростью света.
Физики знают, что у нейтрино есть масса, но они не уверены, что это за масса. Проблема усугубляется тем, что существует не один тип нейтрино, а три. Есть электронное нейтрино, мюонное нейтрино и тау-нейтрино. Каждый вид или “аромат” нейтрино появляется только в реакциях, связанных с соответствующим ароматом электрона (обычный электрон, его более тяжёлый родственник мюон и его ещё более тяжёлый родственник тау-лептон).
Но это ещё не всё. Нейтрино обладают способностью менять аромат во время путешествия, в отличие от любой другой частицы. Таким образом, реакция может производить электронное нейтрино, но к тому времени, когда оно достигнет детектора, это может быть мюонное нейтрино или тау-нейтрино.
И наконец, нейтрино почти никогда не взаимодействуют с обычным веществом, участвуя только в реакциях с участием слабого ядерного взаимодействия. Поэтому для их обнаружения требуются невероятно большие детекторы. Например, эксперимент IceCube на географическом Южном полюсе использует целый кубический километр антарктического ледяного щита для поиска нейтрино. Иногда они ударяются о воду во льду, вызывая вспышку синего света, которую могут обнаружить датчики.
Неизвестные массы трёх ароматов нейтрино – одна из самых больших и выдающихся загадок современной физики, наряду с вопросом о том, существуют ли дополнительные, ещё более трудные для обнаружения ароматы. В Стандартной модели физики элементарных частиц нет значения для массы нейтрино, и многие физики считают, что только радикальное обновление нашего понимания физики поможет разгадать эту загадку.
