Lëkundjet e neutrinos. Pse u dha Çmimi Nobel në Fizikë? Keqkuptime në fizikë: lëkundjet e neutrinos Lëkundjet e neutrinos

Pothuajse të gjithë geekët kanë dëgjuar për lëkundjet e neutrinos. Për këtë fenomen janë shkruar shumë literaturë profesionale dhe shumë artikuj popullorë, por vetëm autorët e teksteve besojnë se lexuesi e kupton teorinë e fushës, madje edhe teorinë kuantike, dhe autorët e artikujve të njohur zakonisht kufizohen në frazat në stili i: “Grimcat fluturojnë dhe fluturojnë, dhe pastaj BAM dhe të kthehen në të tjera”, dhe me një masë tjetër (!!!). Le të përpiqemi të kuptojmë se nga vjen ky efekt interesant dhe si vërehet duke përdorur instalime të mëdha. Dhe në të njëjtën kohë do të mësojmë se si të gjejmë dhe nxjerrim disa atome të nevojshme nga 600 tonë lëndë.

Një neutrino tjetër

Në një artikull të mëparshëm, fola se si u shfaq ideja e ekzistencës së neutrinos në vitin 1932 dhe si u zbulua kjo grimcë 25 vjet më vonë. Më lejoni t'ju kujtoj se Reines dhe Cowan regjistruan ndërveprimin e një antineutrine me një proton. Por edhe atëherë, shumë shkencëtarë besonin se neutrinot mund të ishin të disa llojeve. Një neutrino që ndërvepron në mënyrë aktive me një elektron quhet elektron, dhe një neutrino që ndërvepron me një muon quhet muonik. Eksperimentuesit duhej të kuptonin nëse këto dy kushte ishin të ndryshme apo jo. Lederman, Schwartz dhe Steinberger kryen një eksperiment të mrekullueshëm. Ata ekzaminuan një rreze pi mesonesh nga përshpejtuesi. Grimca të tilla shpërbëhen lehtësisht në muone dhe neutrino.

Nëse neutrinot kanë vërtet lloje të ndryshme, atëherë duhet të lindë një muon. Atëherë gjithçka është e thjeshtë - ne vendosim një objektiv në rrugën e grimcave të lindura dhe studiojmë se si ato ndërveprojnë: me lindjen e një elektroni ose një muoni. Përvoja ka treguar qartë se elektronet nuk krijohen pothuajse kurrë.

Pra, tani kemi dy lloje të neutrinos! Ne jemi gati të kalojmë në hapin tjetër në diskutimin e lëkundjeve të neutrinos.

Ky është një lloj dielli "i gabuar".

Eksperimentet e para të neutrinos përdorën një burim artificial: një reaktor ose përshpejtues. Kjo bëri të mundur krijimin e rrymave shumë të fuqishme të grimcave, sepse ndërveprimet janë jashtëzakonisht të rralla. Por ishte shumë më interesante të regjistroheshin neutrinot natyrore. Me interes të veçantë është studimi i rrjedhës së grimcave nga Dielli.

Nga mesi i shekullit të 20-të, ishte tashmë e qartë se nuk kishte dru zjarri që digjej në Diell - ata bënë llogaritjen dhe doli që nuk do të kishte mjaft dru zjarri. Energjia lirohet gjatë reaksioneve bërthamore në qendër të Diellit. Për shembull, procesi kryesor për yllin tonë quhet "cikli proton-proton", kur një atom helium është mbledhur nga katër protone.

Mund të vërehet se në hapin e parë duhet të lindin grimcat me interes për ne. Dhe këtu fizika e neutrinos mund të tregojë gjithë fuqinë e saj! Vetëm sipërfaqja e Diellit (fotosfera) është e aksesueshme për vëzhgim optik, dhe neutrinot kalojnë të papenguar nëpër të gjitha shtresat e yllit tonë. Si rezultat, grimcat e regjistruara vijnë nga qendra ku ato lindin. Ne mund të "vëzhgojmë" drejtpërdrejt thelbin e Diellit. Natyrisht, një hulumtim i tillë nuk mund të mos tërhiqte fizikantë. Për më tepër, fluksi i pritur ishte pothuajse 100 miliardë grimca për centimetër katror në sekondë.

Eksperimenti i parë i tillë u krye nga Raymond Davis në minierën më të madhe të arit në Amerikë - Minierën Homestake. Instalimi duhej të fshihej thellë nën tokë për t'u mbrojtur nga një rrjedhë e fuqishme grimcash kozmike. Një neutrino mund të kalojë nëpër një kilometër e gjysmë shkëmb pa asnjë problem, por grimcat e tjera do të ndalen. Detektori ishte një fuçi e madhe e mbushur me 600 ton tetrakloretilen - një përbërje prej 4 atomesh klori. Kjo substancë përdoret në mënyrë aktive në pastrimin e thatë dhe është mjaft e lirë.

Kjo metodë e regjistrimit u propozua nga Bruno Maksimovich Pontecorvo. Kur ndërvepron me neutrinot, klori shndërrohet në një izotop të paqëndrueshëm të argonit,

i cili kap një elektron nga orbitalja e poshtme dhe zbërthehet në një mesatare prej 50 ditësh.

Por! Priten vetëm rreth 5 ndërveprime neutrinash në ditë. Brenda disa javësh, vetëm 70 atome të lindura të argonit do të grumbullohen dhe ato duhet të gjenden! Gjeni disa dhjetëra atome në një fuçi 600 ton. Një detyrë vërtet fantastike. Çdo dy muaj, Davis pastronte fuçinë me helium, duke fryrë argonin që rezultonte. Gazi i pastruar në mënyrë të përsëritur u vendos në një detektor të vogël (counter Geiger), ku numërohej numri i prishjeve të argonit që rezultonte. Kështu u mat numri i ndërveprimeve të neutrinos.

Pothuajse menjëherë doli se fluksi i neutrinos nga Dielli ishte pothuajse tre herë më i ulët se sa pritej, gjë që krijoi një ndjesi të madhe në fizikë. Në vitin 2002, Davis dhe Koshiba-san ndanë çmimin Nobel për kontributin e tyre të rëndësishëm në astrofizikë, duke përfshirë zbulimin e neutrinos kozmike.

Një shënim i vogël: Davis regjistroi neutrinot jo nga reaksioni proton-proton, të cilin e përshkrova më lart, por nga procese pak më komplekse dhe të rralla me berilium dhe bor, por kjo nuk e ndryshon thelbin.

Kush është fajtor dhe çfarë duhet bërë?

Pra, fluksi i neutrinos është tre herë më i vogël se sa pritej. Pse? Mund të ofrohen opsionet e mëposhtme:

Këto neutrino të paqëndrueshme

Një vit para se të merreshin rezultatet e eksperimentit të Davis, Bruno Pontecorvo i përmendur tashmë zhvilloi një teori se si neutrinot saktësisht mund të ndryshojnë llojin e tyre në vakum. Një pasojë është se lloje të ndryshme të neutrinos duhet të kenë masa të ndryshme. Dhe pse në tokë grimcat si kjo në fluturim duhet të ndryshojnë masën e tyre, e cila, në përgjithësi, duhet të ruhet? Le ta kuptojmë.

Nuk mund të bëjmë pa një hyrje të vogël në teorinë kuantike, por unë do të përpiqem ta bëj këtë shpjegim sa më transparent. Gjithçka që ju nevojitet është gjeometria bazë. Gjendja e sistemit përshkruhet nga një "vektor i gjendjes". Meqenëse ekziston një vektor, atëherë duhet të ketë një bazë. Le të shohim analogjinë e hapësirës së ngjyrave. "Gjendja" jonë është ngjyra jeshile. Në bazën RGB ne do ta shkruajmë këtë vektor si (0, 1, 0). Por në bazën CMYK, pothuajse e njëjta ngjyrë do të shkruhet ndryshe (0.63, 0, 1, 0). Është e qartë se ne nuk kemi dhe nuk mund të kemi një bazë “kryesore”. Për nevoja të ndryshme: imazhe në monitor ose printim, ne duhet të përdorim sistemin tonë të koordinatave.

Çfarë bazë do të ketë për neutrinot? Është mjaft logjike të zbërthehet fluksi i neutrinos në lloje të ndryshme: elektron (), muon () dhe tau (). Nëse kemi një rrjedhë ekskluzivisht neutrinash elektronike që fluturojnë nga Dielli, atëherë kjo gjendje është (1, 0, 0) në një bazë të tillë. Por siç kemi diskutuar tashmë, neutrinot mund të jenë masive. Për më tepër, ata kanë masa të ndryshme. Kjo do të thotë se fluksi i neutrinos mund të zbërthehet edhe në gjendje masive: përkatësisht me masa.

E gjithë thelbi i lëkundjeve është se këto baza nuk përkojnë! Ngjyrat blu në figurë tregojnë llojet (llojet) e neutrinos, dhe ato të kuqe tregojnë gjendje me masa të ndryshme.

Kjo do të thotë, nëse një neutrino elektronike u shfaq në zbërthimin e një neutroni, atëherë tre gjendje masive u shfaqën menjëherë (projektuar në ).

Por nëse këto gjendje kanë masa paksa të ndryshme, atëherë energjitë do të jenë paksa të ndryshme. Dhe meqenëse energjitë janë të ndryshme, atëherë ato do të përhapen në hapësirë ​​ndryshe. Fotografia tregon saktësisht se si këto tre gjendje do të evoluojnë me kalimin e kohës.

(c) www-hep.physics.wm.edu

Në foto lëvizja e grimcës është paraqitur në formën e valës. Ky paraqitje quhet vala de Broglie, ose vala e probabilitetit të regjistrimit të një grimce të caktuar.

Neutrinot ndërveprojnë në varësi të llojit (). Prandaj, kur duam të llogarisim se si do të shfaqet një neutrino, duhet të projektojmë vektorin tonë të gjendjes në (). Dhe kështu do të ketë një probabilitet të regjistrimit të një ose një lloji tjetër të neutrinos. Këto janë valët e probabilitetit që do të marrim për një neutrino elektronike në varësi të distancës së përshkuar:

Sa do të ndryshojë lloji përcaktohet nga këndet relative të sistemeve të koordinatave të përshkruara (treguar në figurën e mëparshme) dhe dallimet në masë.

Nëse terminologjia e mekanikës kuantike nuk ju tremb dhe keni durimin të lexoni deri në këtë pikë, atëherë një përshkrim i thjeshtë formal mund të gjendet në Wikipedia.

Si është në të vërtetë?

Teoria është, natyrisht, e mirë. Por ne ende nuk mund të vendosim se cili nga dy opsionet është realizuar në natyrë: Dielli "nuk është i tillë" ose neutrinot "nuk janë ashtu". Nevojiten eksperimente të reja që do të tregojnë përfundimisht natyrën e këtij efekti interesant. Do të përshkruaj fjalë për fjalë me pak fjalë cilësimet kryesore që luajtën një rol kyç në hulumtim.

Observatori Kamioka

Historia e këtij observatori fillon me faktin se ata u përpoqën të gjenin zbërthimin e protonit këtu. Kjo është arsyeja pse detektori mori emrin e duhur - "Kamiokande" (Eksperimenti i prishjes së bërthamës së Kamioka). Por duke mos zbuluar asgjë, japonezët shpejt u ripërqëndruan në një drejtim premtues: studimin e neutrinos atmosferike dhe diellore. Ne kemi diskutuar tashmë se nga vjen energjia diellore. Ato atmosferike lindin në zbërthimin e muoneve dhe pi-mezoneve në atmosferën e Tokës. Dhe ndërsa arrijnë në Tokë ata arrijnë të lëkunden.

Detektori filloi të mbledhë të dhëna në vitin 1987. Ata ishin jashtëzakonisht me fat me datat, por më shumë për këtë në artikullin vijues :) Instalimi ishte një fuçi e madhe e mbushur me ujin më të pastër. Muret u shtruan me tuba fotoshumëzimi. Reagimi kryesor me të cilin u kapën neutrinot ishte rrëzimi i një elektroni nga molekulat e ujit:

Një elektron i lirë që fluturon shpejt shkëlqen në blu të errët në ujë. Ky rrezatim u regjistrua nga fotomultipliatorët në mure. Më pas, instalimi u modernizua në Super-Kamiokande dhe vazhdoi punën e tij.

Eksperimenti konfirmoi deficitin e neutrinos diellore dhe i shtoi kësaj deficitin e neutrinos atmosferike.

Eksperimentet e galiumit

Pothuajse menjëherë pas lëshimit të Kakiokande në 1990, dy detektorë galiumi filluan të funksionojnë. Njëri prej tyre ndodhej në Itali, nën malin Grand Sasso në një laborator me të njëjtin emër. E dyta është në Kaukaz, në Grykën Baksan, nën malin Andyrchi. Fshati Neutrino u ndërtua posaçërisht për këtë laborator në grykë. Vetë metoda u propozua nga Vadim Kuzmin, i frymëzuar nga idetë e Pontecorvo, në vitin 1964.

Kur ndërvepron me neutrinot, galiumi kthehet në një izotop të paqëndrueshëm të germaniumit, i cili zbërthehet përsëri në galium në një mesatare prej 16 ditësh. Gjatë një muaji, formohen disa dhjetëra atome germanium, të cilët duhet të nxirren me shumë kujdes nga galiumi, të vendosen në një detektor të vogël dhe të numërohet numri i zbërthimeve përsëri në galium. Avantazhi i eksperimenteve me galium është se ato mund të kapin neutrinot me energji shumë të ulët që janë të paarritshme për objektet e tjera.

Të gjitha eksperimentet e përshkruara më sipër treguan se ne shohim më pak neutrino sesa pritej, por kjo nuk vërteton praninë e lëkundjeve. Problemi mund të jetë ende një model i gabuar i Diellit. Eksperimenti SNO vendosi pikën e fundit dhe të fundit në problemin e neutrinos diellore.

Observatori Sudbury

Kanadezët ndërtuan një "yll vdekjeje" të madh në minierën Creighton.

Në një thellësi prej dy kilometrash u vendos një sferë akrilike, e rrethuar me fotomultiplifikues dhe e mbushur me 1000 tonë ujë të rëndë. Ky ujë ndryshon nga uji i zakonshëm në atë që hidrogjeni i zakonshëm me një proton zëvendësohet nga deuteriumi - një përbërje e një protoni dhe një neutroni. Ishte deuteriumi që luajti një rol kyç në zgjidhjen e problemeve të neutrinos diellore. Një instalim i tillë mund të regjistrojë si ndërveprimet e neutrineve të elektroneve ashtu edhe ndërveprimet e të gjitha llojeve të tjera! Neutrinot e elektroneve do të shkatërrojnë deuteriumin me lindjen e një elektroni, ndërsa të gjitha llojet e tjera të elektroneve nuk mund të lindin. Por ata mund të "shtyjnë" pak deuteriumin në mënyrë që të ndahet në pjesët përbërëse të tij dhe neutrinoja të fluturojë përpara.

Një elektron i shpejtë, siç kemi diskutuar tashmë, shkëlqen kur lëviz në një mjedis, dhe një neutron duhet të kapet shpejt nga deuterium, duke lëshuar një foton. E gjithë kjo mund të regjistrohet duke përdorur tuba fotoshumësues. Fizikanët më në fund janë në gjendje të matin rrjedhën e plotë të grimcave nga Dielli. Nëse rezulton se përkon me pritjet, atëherë neutrinot e elektroneve transferohen te të tjerët, dhe nëse është më pak se sa pritej, atëherë fajin e ka modeli i gabuar i Diellit.

Eksperimenti filloi punën në 1999 dhe matjet treguan me besim se kishte një mungesë të komponentit elektronik

Më lejoni t'ju kujtoj se pothuajse ekskluzivisht neutrinot elektronike mund të lindin në një yll. Kjo do të thotë se pjesa tjetër u mor në procesin e lëkundjeve! Për këto vepra, Arthur MacDonald (SNO) dhe Kajita-san (Kamiokande) morën çmimin Nobel 2015.

Pothuajse menjëherë, në fillim të viteve 2000, eksperimente të tjera filluan të studionin lëkundjet. Ky efekt u vu re edhe për neutrinot e krijuara nga njeriu. Eksperimenti japonez KamLAND, i vendosur në të njëjtin vend, në Kamioka, tashmë në vitin 2002 vëzhgoi lëkundjet e antineutrineve të elektroneve nga reaktori. Dhe eksperimenti i dytë, gjithashtu japonez, K2K për herë të parë regjistroi një ndryshim në llojin e neutrinos të krijuar duke përdorur një përshpejtues. Super-Kamiokande i njohur u përdor si një detektor me rreze të gjatë.

Tani gjithnjë e më shumë instalime po studiojnë këtë efekt. Detektorë po ndërtohen në liqenin Baikal, në Detin Mesdhe dhe në Polin e Jugut. Kishte edhe instalime pranë Polit të Veriut. Të gjithë ata kapin neutrinot me origjinë kozmike. Eksperimentet e përshpejtuesit dhe reaktorit po zhvillohen. Vetë parametrat e lëkundjeve po përmirësohen dhe po bëhen përpjekje për të zbuluar diçka në lidhje me madhësinë e masave të neutrinos. Ka indikacione se është me ndihmën e këtij efekti që mund të shpjegohet mbizotërimi i materies mbi antimateries në Universin tonë!

Poshtë spoilerit është një vërejtje e vogël për më të menduarit.

Çmimi i vitit 2015 u dha me formulimin "për zbulimin e lëkundjeve të neutrinos, duke treguar praninë e masës në to". Kjo deklaratë shkaktoi një konfuzion në mesin e fizikantëve. Kur matim neutrinot diellore (eksperimenti SNO), ne jemi të pandjeshëm ndaj ndryshimeve në masë. Në përgjithësi, masa mund të jetë zero, por lëkundjet do të mbeten. Kjo sjellje shpjegohet nga ndërveprimi i neutrinos me lëndën diellore (efekti Mikheev-Smirnov-Wolfenstein). Kjo do të thotë, ka lëkundje të neutrinos diellore, zbulimi i tyre është një zbulim themelor, por kjo nuk ka treguar kurrë praninë e masës. Në fakt, komiteti Nobel ia dha çmimin me formulim të gabuar.
Është në vakum që lëkundjet shfaqen për eksperimentet atmosferike, reaktorësh dhe përshpejtues. Shto etiketa

Neutrinot - ashtu si leptonët e ngarkuar (elektroni, muoni, tau), kuarkët lart (lart, sharm, i vërtetë) dhe kuarkët poshtë (poshtë, i çuditshëm, sharm) - vijnë në tre lloje. Por ato mund të ndahen në lloje në mënyra të ndryshme. Për më tepër, për shkak të natyrës kuantike të botës sonë, vetëm njëri prej tyre mund të përdoret në të njëjtën kohë. Në këtë artikull do të shpjegoj pse ndodh kjo dhe se si ky fakt çon në një fakt kaq interesant dhe shkencërisht të rëndësishëm si lëkundjet e neutrinos.

Ju mund të mendoni se çdo grimcë ka një masë të caktuar - për shembull, energjia e masës së elektroneve është (E = mc 2) 0.000511 GeV - dhe nga një këndvështrim i mundshëm, tre llojet e neutrinos nuk bëjnë përjashtim. Ne mund t'i klasifikojmë tre neutrinot sipas masave të tyre (të cilat ende nuk dihen saktësisht) dhe t'i quajmë, nga më të lehtat tek më të rëndat, neutrino-1, neutrino-2 dhe neutrino-3. Ne do ta quajmë këtë ndarje klasifikim masiv, dhe këto lloje të neutrinos - lloje të masës.


Oriz. 1

Një mënyrë tjetër për të klasifikuar neutrinot është nga shoqërimi i tyre me leptonët e ngarkuar (elektron, muon dhe tau). Kjo përmendet në artikullin se si do të dukeshin grimcat nëse fusha e Higgs do të ishte zero. Mënyra më e mirë për ta kuptuar këtë është të përqendrohemi në atë se si neutrinot ndikohen nga forca e dobët bërthamore, e cila reflektohet në ndërveprimet e tyre me grimcën W ) në një nga tre antileptonët e ngarkuar dhe një nga tre neutrinot. Nëse W zbërthehet në anti-tau, do të shfaqet një neutrino tau. Në mënyrë të ngjashme, nëse W zbërthehet në një antimuon, do të shfaqet një neutrino muonike. (Kritike për krijimin e një rreze neutrine, pioni prishet përmes ndërveprimeve të dobëta dhe pionët e ngarkuar pozitivisht prodhojnë një antimuon dhe një neutrino muon). Dhe nëse W zbërthehet në një pozitron, do të shfaqet një neutrino elektronike. Le ta quajmë këtë një klasifikim të dobët, dhe këto neutrino janë neutrino të tipit të dobët sepse përcaktohen nga ndërveprimi i dobët.

Epo, cili është problemi këtu? Ne përdorim vazhdimisht klasifikime të ndryshme për t'u zbatuar për njerëzit. Ne flasim për faktin se njerëzit janë të rinj, të rritur dhe të moshuar; janë të gjatë, mesatarë dhe të shkurtër. Por njerëzit mund të ndahen më tej sipas dëshirës, ​​për shembull, në nëntë kategori: të rinj dhe të gjatë, të rinj dhe gjatësi mesatare, të rritur dhe të shkurtër, të moshuar dhe të shkurtër, etj. Por mekanika kuantike na ndalon të bëjmë të njëjtën gjë me klasifikimet e neutrinos. Nuk ka neutrino që janë edhe neutrino muonore edhe neutrino-1; Nuk ka tau neutrino-3. Nëse ju them masën e një neutrine (dhe për rrjedhojë nëse i përket grupit të neutrinës 1, 2 ose 3), thjesht nuk mund t'ju them nëse është një elektron, një muon ose një neutrino tau. Një neutrino e një lloji të caktuar të masës është një përzierje, ose "superpozicion" i tre neutrinove të një lloji të dobët. Çdo neutrino në masë - neutrino 1, neutrino 2 dhe neutrino 3 - është një përzierje e saktë por e dallueshme e elektroneve, muonit dhe neutrinos tau.

E kundërta është gjithashtu e vërtetë. Nëse shoh një zbërthim pioni në një antimuon dhe një neutrino, do ta di menjëherë se neutrina që rezulton do të jetë një neutrino muon - por nuk do të mund ta di masën e tij, pasi do të jetë një përzierje e neutrinës 1, neutrinës 2. dhe neutrinoja 3. Një neutrino elektronike dhe një neutrino tau janë gjithashtu përzierje të sakta, por të ndryshme të tre neutrinos me masa të caktuara.

Marrëdhënia midis këtyre llojeve masive dhe të dobëta është më e ngjashme (por jo saktësisht e barabartë me) me marrëdhënien midis klasifikimeve të autostradave amerikane si "veri-jug" dhe "perëndim-lindje" (qeveria amerikane i ndan ato në këtë mënyrë, duke caktuar tek numrat në autostradat C/J dhe madje edhe rrugët e thjeshta W/E), dhe duke i ndarë ato në rrugë që shkojnë nga “verilindja në jugperëndim” dhe nga “juglindja në veriperëndim”. Ka avantazhe për të përdorur secilin klasifikim: klasifikimi N/S – W/E është i përshtatshëm nëse përqendroheni në gjerësinë dhe gjatësinë gjeografike, ndërsa klasifikimi NE/JW – SE/NW do të jetë më i dobishëm pranë bregut, pasi shkon nga nga jugperëndimi në veriperëndim. Por të dy klasifikimet nuk mund të përdoren në të njëjtën kohë. Rruga që kalon në verilindje është pjesërisht në veri dhe pjesërisht në lindje; Nuk mund të thuash që ajo është ose kjo ose ajo. Dhe rruga veriore është një përzierje e verilindjes dhe veriperëndimit. Është e njëjta gjë me neutrinot: neutrinot e llojit të masës janë një përzierje e neutrinoteve të tipit të dobët dhe neutrinot e tipit të dobët janë një përzierje e atyre në masë. (Analogjia prishet nëse vendosni të përdorni klasifikimin e përmirësuar të rrugëve N/J - NE/JP - L/P - JL/VP; nuk ka një mundësi të tillë për neutrinot).

Pamundësia për të klasifikuar neutrinot në një lloj mase të caktuar dhe një lloj të caktuar të dobët është një shembull i parimit të pasigurisë, i ngjashëm me çuditshmërinë që ndalon njohjen e njëkohshme të pozicionit të saktë dhe shpejtësisë së saktë të një grimce. Nëse e dini saktësisht njërën nga këto prona, nuk keni asnjë ide për tjetrën. Ose mund të mësoni diçka për të dyja pronat, por jo gjithçka. Mekanika kuantike ju tregon saktësisht se si të balanconi njohuritë dhe injorancën tuaj. Nga rruga, këto probleme nuk vlejnë vetëm për neutrinot. Ato shoqërohen gjithashtu me grimca të tjera, por janë veçanërisht të rëndësishme në kontekstin e sjelljes së neutrinos.

Disa dekada më parë, gjithçka ishte më e thjeshtë. Në atë kohë besohej se neutrinot nuk kishin masë, kështu që mjaftonte të përdorej një klasifikim i dobët. Nëse shikoni letrat e vjetra ose librat e vjetër për njerëzit e zakonshëm, do të shihni vetëm emra të tillë si neutrino elektronike, neutrino muon dhe neutrino tau. Megjithatë, pas zbulimeve të viteve 1990, kjo nuk mjafton më.

Dhe tani fillon argëtimi. Le të themi se keni neutrino të tipit elektron me energji të lartë, domethënë një përzierje të caktuar të neutrino-1, neutrino-2 dhe neutrino-3. Neutrinot lëvizin nëpër hapësirë, por tre llojet e tyre të ndryshme të masës lëvizin me shpejtësi paksa të ndryshme, shumë afër shpejtësisë së dritës. Pse? Sepse shpejtësia e një objekti varet nga energjia dhe masa e tij, dhe të tre llojet e masës kanë tre masa të ndryshme. Dallimi në shpejtësinë e tyre është jashtëzakonisht i vogël për çdo neutrino që mund të matim - nuk është vërejtur kurrë - por efekti i tij është çuditërisht i madh!

Dallimi i shpejtësisë së neutrinës - disa formula

Shpejtësia e një grimce v në teorinë e relativitetit të Ajnshtajnit mund të shkruhet përmes masës së grimcës m dhe energjisë E (kjo është energjia totale, d.m.th. energjia e lëvizjes plus energjia e masës E=mc 2), dhe shpejtësia e dritës c, si:

Nëse grimca ka një shpejtësi shumë të madhe dhe energjia e saj totale E është shumë më e madhe se energjia e masës mc 2, atëherë

Kujtoni 1/2 e ngritur do të thotë "merr rrënjën katrore". Nëse grimca ka shpejtësi shumë të lartë dhe energjia e saj totale E është shumë, shumë më e madhe se masa e saj e energjisë mc2, atëherë

Aty ku pikat ju kujtojnë se kjo formulë nuk është një përafrim i saktë, por një përafrim i mirë me E të madhe. Me fjalë të tjera, shpejtësia e një grimce që lëviz pothuajse me shpejtësinë e dritës ndryshon nga shpejtësia e dritës me një sasi të barabartë me gjysmën e katrori i raportit të energjisë së masës së grimcës me energjinë e saj totale. Nga kjo formulë është e qartë se nëse dy neutrino kanë masa të ndryshme m 1 dhe m 2, por të njëjtën energji të lartë E, atëherë shpejtësitë e tyre ndryshojnë shumë pak.

Le të shohim se çfarë do të thotë kjo. Të gjitha neutrinot e matura nga supernova që shpërtheu në 1987 mbërritën në Tokë brenda një intervali prej 10 sekondash. Le të themi se një neutrino elektronike u emetua nga një supernova me një energji prej 10 MeV. Kjo neutrino ishte një përzierje e neutrinës 1, neutrinës 2 dhe neutrinës 3, secila duke lëvizur me një shpejtësi paksa të ndryshme! A do ta vëmë re këtë? Ne nuk i dimë masat e sakta të neutrinos, por le të supozojmë se neutrino-2 ka një energji në masë prej 0,01 eV, dhe neutrino-1 ka një energji në masë prej 0,001 eV. Atëherë dy shpejtësitë e tyre, duke pasur parasysh se energjitë e tyre janë të barabarta, do të ndryshojnë nga shpejtësia e dritës dhe nga njëra-tjetra me më pak se një pjesë e njëqind mijë trilionë:

(gabimi i të gjitha ekuacioneve nuk kalon 1%). Ky ndryshim në shpejtësi do të thotë që pjesët Neutrino-2 dhe Neutrino-1 të neutrinës origjinale të elektroneve do të mbërrinin në Tokë brenda një milisekondi nga njëra-tjetra - një ndryshim që, për një sërë arsyesh teknike, është i pamundur të zbulohet.

Dhe tani kalojmë nga gjërat interesante në gjërat vërtet të çuditshme.

Ky ndryshim i vogël në shpejtësi bën që përzierja e saktë e neutrino-1, neutrino-2 dhe neutrino-3 që përbën neutrinën elektronike të ndryshojë gradualisht ndërsa lëviz nëpër hapësirë. Kjo do të thotë që neutrinoja elektronike me të cilën filluam, me kalimin e kohës, pushon së qeni vetvetja dhe korrespondon me një përzierje specifike të neutrino-1, neutrino-2 dhe neutrino-3. Masa të ndryshme të neutrinoteve të tre llojeve të masës transformojnë neutrinën fillestare të elektroneve në procesin e lëvizjes në një përzierje të neutrinos elektronike, neutrinos muon dhe neutrinos tau. Përqindjet e përzierjes varen nga ndryshimi në shpejtësi, dhe, për rrjedhojë, nga energjia e neutrinës fillestare, si dhe nga ndryshimi në masa (më saktë, nga ndryshimi në katrorët e masave) të neutrinës.

Oriz. 2

Në fillim efekti rritet. Por, interesant, siç tregohet në Fig. 2, ky efekt nuk po rritet vazhdimisht. Ajo rritet, dhe pastaj zvogëlohet përsëri, dhe pastaj rritet përsëri, zvogëlohet përsëri, përsëri dhe përsëri, ndërsa neutrinoja lëviz. Kjo quhet lëkundje e neutrinos. Se si ndodhin saktësisht varet nga masat që kanë neutrinot dhe sa përzihen atje neutrinot dhe neutrinot e dobëta.

Efekti i lëkundjeve mund të matet për faktin se një neutrino elektronike, kur përplaset me një bërthamë (dhe kështu mund të zbulohet një neutrino), mund të kthehet në një elektron, por jo në një muon ose tau, ndërsa një muonik elektrino mund të shndërrohet në një muon, por jo në elektron ose tau. Pra, nëse filluam me një rreze të neutrinos muonike, dhe pasi udhëtuam një distancë të caktuar, disa neutrino u përplasën me bërthamat dhe u shndërruan në elektrone, kjo do të thotë se luhatjet ndodhin në rreze, dhe neutrinot e muonit kthehen në neutrino elektronike.

Një efekt shumë i rëndësishëm e ndërlikon dhe e pasuron këtë histori. Për shkak se lënda e zakonshme përbëhet nga elektrone, por jo nga muonet ose tau, neutrinot e elektroneve ndërveprojnë me të ndryshe nga muonet ose tau. Këto ndërveprime, të cilat ndodhin përmes forcës së dobët, janë jashtëzakonisht të vogla. Por nëse një neutrino kalon nëpër një trashësi të madhe lënde (të themi, përmes një pjese të dukshme të Tokës ose Diellit), këto efekte të vogla mund të grumbullohen dhe të ndikojnë shumë në lëkundjet. Për fat të mirë, ne dimë mjaftueshëm për ndërveprimin e dobët bërthamor për të parashikuar këto efekte në detaje dhe për të llogaritur të gjithë zinxhirin mbrapsht, nga matjet eksperimentale deri te sqarimi i vetive të neutrinos.

E gjithë kjo bëhet duke përdorur mekanikën kuantike. Nëse kjo nuk është intuitive për ju, relaksohuni; Nuk është intuitive as për mua. E mora gjithë intuitën që kisha nga ekuacionet.

Rezulton se matja me kujdes e lëkundjeve të neutrinos është mënyra më e shpejtë për të studiuar vetitë e neutrinos! Kjo vepër tashmë ka marrë çmimin Nobel. E gjithë kjo histori del nga ndërveprimi klasik midis eksperimentit dhe teorisë, që shtrihet nga vitet 1960 deri në ditët e sotme. Do të përmend matjet më të rëndësishme të marra.

Si fillim, ne mund të studiojmë neutrinot e elektroneve të prodhuara në qendër të Diellit, në furrën e tij bërthamore të studiuar mirë. Këto neutrino udhëtojnë nëpër Diell dhe përmes hapësirës boshe drejt Tokës. Është zbuluar se kur ata mbërrijnë në Tokë ata kanë po aq gjasa të jenë të llojit muon ose tau sa janë të tipit elektron neutrino. Kjo në vetvete është dëshmi e lëkundjes së neutrinës, dhe shpërndarja e saktë na jep informacion të detajuar për neutrinën.

Kemi edhe neutrinot muonike, të cilat prodhohen nga prishja e pioneve të prodhuara në rrezet kozmike. Rrezet kozmike janë grimca me energji të lartë që vijnë nga hapësira e jashtme që përplasen me bërthamat atomike në atmosferën e sipërme. Kaskadat e grimcave që rezultojnë shpesh përmbajnë pione, shumë prej të cilave zbërthehen në neutrino muon dhe antimuone, ose muon antineutrinos dhe muone. Ne zbulojmë disa nga këto neutrino (dhe antineutrino) në detektorët tanë dhe mund të matim se sa prej tyre janë neutrino elektronike (dhe antineutrino) në varësi të asaj se sa pjesë e Tokës kanë kaluar para se të godasin detektorin. Kjo përsëri na jep informacion të rëndësishëm për sjelljen e neutrinos.

Këto neutrino "diellore" dhe "atmosferike" na kanë mësuar shumë për vetitë e neutrinos gjatë njëzet viteve të fundit (dhe aludimi i parë i diçkaje interesante ndodhi pothuajse 50 vjet më parë). Dhe këtyre burimeve natyrore të energjisë u shtohen studime të ndryshme të kryera duke përdorur rreze neutrino, si ato të përdorura në eksperimentin OPERA, si dhe duke përdorur neutrinot nga reaktorët bërthamorë konvencionalë. Secila prej matjeve është kryesisht në përputhje me interpretimin standard të neutrinoteve diellore dhe atmosferike, dhe lejon matje më të sakta të përzierjeve të neutrinos të tipit të masës dhe të tipit të dobët dhe dallimeve në masat katrore të neutrinoteve të llojit të masës.

Siç mund të pritej, ka mospërputhje të vogla me pritshmëritë teorike në eksperimente, por asnjë nuk është konfirmuar dhe shumica, nëse jo të gjitha, janë thjesht goditje statistikore ose probleme në nivel eksperimental. Deri më tani, asnjë kontradiktë me kuptimin e neutrinos dhe sjelljes së tyre nuk është konfirmuar në disa eksperimente. Nga ana tjetër, e gjithë kjo pamje është mjaft e re dhe e testuar dobët, kështu që është mjaft e mundur, megjithëse e pamundur, që të ketë interpretime krejtësisht të ndryshme. Në të vërtetë, alternativa mjaft serioze janë propozuar tashmë. Pra, sqarimi i detajeve të vetive të neutrinos është një fushë kërkimore në zhvillim aktiv, në të cilën për pjesën më të madhe ka marrëveshje, por disa pyetje mbeten ende të hapura - duke përfshirë një përcaktim të plotë dhe të pakthyeshëm të masave të neutrinos.

Të martën, më 6 tetor, u bë e ditur se japonezëve Takaaki Kajita dhe kanadezit Arthur MacDonald iu dha Çmimi Nobel 2015 në Fizikë për zbulimin e lëkundjeve të neutrinos.

Ky është "Nobeli" i katërt në fizikë, i cili jepet për punën në studimin e këtyre grimcave misterioze. Cili është misteri i neutrinos, pse ato janë kaq të vështira për t'u zbuluar dhe çfarë janë lëkundjet e neutrinos, do t'ju shpjegojmë në këtë artikull në një gjuhë të thjeshtë dhe të arritshme.

Lindja e një neutroni

Në fund të shekullit të 19-të, fizikani francez Henri Becquerel, ndërsa studionte se si luminescenca dhe rrezet X janë të lidhura, zbuloi aksidentalisht radioaktivitetin. Doli se vetë një nga kripërat e uraniumit lëshon rrezatim të padukshëm dhe misterioz që nuk është rreze x. Pastaj doli që radioaktiviteti është i natyrshëm pikërisht në uranium, dhe jo në përbërjet në të cilat përfshihet, pas së cilës u zbulua radioaktiviteti i elementeve të tjerë - si toriumi, radiumi, etj.

Disa vjet më vonë, fizikani britanik Ernest Rutherford vendosi të kalonte rrezatim radioaktiv ende të paeksploruar përmes një fushe magnetike dhe zbuloi se ai mund të ndahej në tre pjesë. Disa rreze u devijuan në një fushë magnetike sikur të ishin të përbëra nga grimca të ngarkuara pozitivisht, të tjera sikur të ishin të përbëra nga ato negative dhe disa të tjera nuk u devijuan fare.

Si rezultat, u vendos që të quheshin rrezet e para alfa, të dytat rrezet beta dhe të tretat rrezet gama. Më pas, rezultoi se rrezet gama janë rrezatim elektromagnetik me frekuencë të lartë (ose një rrymë fotonesh me energji të lartë), rrezet alfa janë një rrymë bërthamash të atomeve të heliumit, domethënë grimca të përbëra nga dy protone dhe dy neutrone, dhe beta. rrezet janë një rrymë elektronesh edhe pse ka edhe rreze beta (kjo varet nga lloji i zbërthimit beta).

Nëse matim energjinë e grimcave alfa dhe grimcave gama që dalin nga lloji përkatës i zbërthimit radioaktiv, rezulton se ajo mund të marrë vetëm disa vlera diskrete. Kjo përputhet mirë me ligjet e mekanikës kuantike. Megjithatë, me elektronet e emetuara gjatë zbërthimit beta, situata ishte ndryshe - spektri i tyre i energjisë ishte i vazhdueshëm. Me fjalë të tjera, një elektron mund të bartë absolutisht çdo energji, të kufizuar vetëm nga lloji i izotopit të kalbur. Për më tepër, në shumicën e rasteve doli se energjia e elektronit ishte më e vogël se ajo që parashikonte teoria. Për më tepër, energjia e bërthamës së formuar pas prishjes radioaktive gjithashtu doli të ishte më e vogël se sa ishte parashikuar.

Doli se gjatë kalbjes beta, energjia fjalë për fjalë u zhduk, duke shkelur një parim themelor fizik - ligjin e ruajtjes së energjisë. Disa shkencëtarë, ndër të cilët ishte vetë Niels Bohr, ishin tashmë të gatshëm të pranonin se ligji mund të mos funksiononte në mikrokozmos, por fizikani gjerman Wolfgang Pauli propozoi zgjidhjen e këtij problemi në një mënyrë të thjeshtë dhe mjaft të rrezikshme - të supozohet se energjia që mungon është e mbartur nga disa grimca, e cila nuk ka ngarkesë elektrike, ndërvepron jashtëzakonisht dobët me materien dhe për këtë arsye nuk është zbuluar ende.

Disa vite më vonë, kjo hipotezë u miratua nga fizikani italian Enrico Fermi për një shpjegim teorik të zbërthimit beta. Në këtë kohë, neutroni ishte zbuluar tashmë dhe fizikantët e dinin se bërthama atomike përbëhet nga më shumë sesa thjesht protone. Dihej se protonet dhe neutronet në bërthamë mbahen së bashku nga i ashtuquajturi ndërveprim i fortë. Megjithatë, ishte ende e paqartë pse, gjatë zbërthimit beta, bërthama lëshon një elektron që në parim nuk është aty.

Fermi sugjeroi se zbërthimi beta është i ngjashëm me emetimin e një fotoni nga një atom i ngacmuar dhe se një elektron shfaqet në bërthamë pikërisht gjatë procesit të zbërthimit. Një nga neutronet në bërthamë zbërthehet në tre grimca: një proton, një elektron dhe e njëjta grimcë e padukshme e parashikuar nga Pauli, të cilën Fermi në italisht e quajti "neutrino", domethënë "neutron" ose neutron i vogël. Ashtu si neutroni, neutrinoja nuk ka ngarkesë elektrike dhe gjithashtu nuk merr pjesë në ndërveprimin e fortë bërthamor.

Teoria e Fermit ishte e suksesshme. U zbulua se një ndërveprim tjetër i panjohur deri më tani, ndërveprimi i dobët bërthamor, është përgjegjës për prishjen beta. Ky është pikërisht ndërveprimi në të cilin, përveç atij gravitacional, marrin pjesë neutrinot. Por për shkak se intensiteti dhe rrezja e këtij ndërveprimi janë kaq të vogla, neutrinoja mbetet kryesisht e padukshme për materien.

Ju mund të imagjinoni një neutrino me energji jo shumë të lartë që fluturon nëpër një fletë hekuri. Në mënyrë që kjo grimcë të mbahet nga fleta me një probabilitet qind për qind, trashësia e saj duhet të jetë afërsisht 10^15 kilometra. Për krahasim: distanca midis Diellit dhe qendrës së galaktikës sonë është vetëm një renditje e madhësisë më e madhe - rreth 10 16 kilometra.

Kjo pakapshmëri e neutrinës e bën shumë të vështirë vëzhgimin e saj në praktikë. Prandaj, ekzistenca e neutrinos u konfirmua eksperimentalisht vetëm 20 vjet pas parashikimit teorik - në 1953.

Tre breza të neutrinos

Prishja beta mund të ndodhë në dy mënyra: me emetimin e një elektroni ose një pozitroni. Një antineutrino emetohet gjithmonë së bashku me një elektron, dhe një neutrino lëshohet gjithmonë së bashku me një pozitron. Në mesin e shekullit të njëzetë, fizikanët u përballën me pyetjen: a ka ndonjë ndryshim midis neutrinos dhe antineutrinos? Për shembull, një foton është antigrimca e tij. Por elektroni nuk është aspak identik me antigrimcën e tij - pozitronin.

Identiteti i neutrinos dhe antineutrinos u tregua nga mungesa e një ngarkese elektrike në grimcë. Sidoqoftë, me ndihmën e eksperimenteve të kujdesshme, u arrit të zbulohej se neutrinot dhe antineutrinot janë ende të ndryshme. Pastaj, për të dalluar grimcat, ishte e nevojshme të prezantohej shenja e tyre e ngarkesës - numri i leptonit. Me marrëveshje të shkencëtarëve, leptoneve (grimcave që nuk marrin pjesë në ndërveprime të forta), të cilat përfshijnë elektrone dhe neutrinot, u caktohet numri lepton +1. Dhe antileptonëve, ndër të cilët ka antineutrinos, u caktohet numri -1. Në këtë rast, numri i leptonit duhet të ruhet gjithmonë - kjo shpjegon faktin se një neutrino shfaqet gjithmonë vetëm në çifte me një pozitron, dhe një antineutrino me një elektron. Ata duket se balancojnë njëri-tjetrin, duke lënë të pandryshuar shumën e numrave lepton të secilës grimcë nga i gjithë sistemi.

Në mesin e shekullit të njëzetë, fizika e grimcave përjetoi një bum të vërtetë - shkencëtarët zbuluan grimca të reja njëra pas tjetrës. Doli se ka më shumë leptonë sesa mendohej - përveç elektronit dhe neutrinës, u zbulua edhe muoni (elektroni i rëndë), si dhe neutrina e muonit. Më pas, shkencëtarët zbuluan një gjeneratë të tretë të leptoneve - edhe më të rënda tau lepton dhe tau neutrino. U bë e qartë se të gjithë leptonët dhe kuarkët formojnë tre breza fermionesh themelore (grimca me rrotullim gjysmë të plotë që përbëjnë materien).

Për të bërë dallimin midis tre gjeneratave të leptoneve, ishte e nevojshme të futej e ashtuquajtura ngarkesa e leptonit të shijes. Secila prej tre gjeneratave të leptoneve (elektroni dhe neutrino, muon dhe neutrino muon, tau lepton dhe neutrino tau) ka ngarkesën e vet të leptonit me shije, dhe shuma e ngarkesave përbën numrin total të leptonit të sistemit. Për një kohë të gjatë besohej se ngarkesa e leptonit gjithashtu duhet të ruhet gjithmonë. Doli se kjo nuk ndodh në rastin e neutrinos.

Neutrinot djathtas dhe majtas

Çdo grimcë elementare ka një karakteristikë mekanike kuantike të quajtur spin. Spin mund të mendohet si sasia e lëvizjes rrotulluese të një grimce, megjithëse ky përshkrim është shumë arbitrar. Rrotullimi mund të drejtohet në një drejtim të caktuar në lidhje me momentin e grimcës - paralel me të ose pingul. Në rastin e dytë, është zakon të flitet për polarizimin tërthor të grimcave, në të parën - për atë gjatësore. Me polarizimin gjatësor dallohen edhe dy gjendje: kur rrotullimi drejtohet së bashku me momentin dhe kur drejtohet kundër tij. Në rastin e parë, grimca thuhet se ka polarizim me dorën e djathtë, në të dytën, polarizim me dorën e majtë.

Për një kohë të gjatë në fizikë, ligji i ruajtjes së barazisë konsiderohej i padiskutueshëm, i cili thotë se simetria e rreptë e pasqyrës duhet të respektohet në natyrë dhe grimcat me polarizim në të djathtë duhet të jenë plotësisht ekuivalente me grimcat me polarizim të majtë. Sipas këtij ligji, në çdo rreze neutrino mund të gjesh të njëjtin numër grimcash të polarizuara djathtas dhe majtas.

Surpriza e shkencëtarëve nuk njihte kufij kur doli se ligji i barazisë për neutrinot nuk respektohet - neutrinot me dorën e djathtë dhe antineutrinot me dorën e majtë nuk ekzistojnë në natyrë. Të gjitha neutrinot kanë polarizim me dorën e majtë, dhe antineutrinot kanë polarizim të dorës së djathtë. Kjo është dëshmi e faktit mahnitës që ndërveprimi i dobët bërthamor, përgjegjës për prishjen beta, në të cilin lindin neutrinot, është kiral - me reflektimin e pasqyrës, ligjet e tij ndryshojnë (ne kemi shkruar tashmë për këtë në detaje veç e veç).

Nga pikëpamja e fizikës së grimcave elementare të mesit të shekullit të njëzetë, situata me polarizimin e rreptë tregoi se neutrinoja është një grimcë pa masë, pasi përndryshe do të duhej të pranohej se ligji i ruajtjes së ngarkesës së leptonit nuk u respektua. Bazuar në këtë, besohej për një kohë të gjatë se neutrinot me të vërtetë nuk kanë masë. Por sot e dimë se nuk është kështu.

Masa e pakapshme

Neutrinot nxitojnë në një numër të madh nëpër trashësinë e Tokës dhe drejtpërdrejt përmes trupit tonë. Ato lindin në reaksionet termonukleare në Diell dhe yje të tjerë, në atmosferë, në reaktorë bërthamorë, madje edhe brenda nesh, si rezultat i zbërthimit radioaktiv të izotopeve të caktuara. Neutrinot relike të lindura pas Big Bengut janë ende duke fluturuar nëpër Univers. Por ndërveprimi i tyre jashtëzakonisht i dobët me materien do të thotë që ne nuk i vërejmë fare.

Megjithatë, gjatë viteve të studimit të neutrinot, fizikanët kanë mësuar t'i regjistrojnë ato duke përdorur metoda të zgjuara. Dhe ndërsa vëzhgonin rrjedhën e neutrinos të lindur në Diell, shkencëtarët zbuluan një fakt të çuditshëm: afërsisht tre herë më pak nga këto grimca vijnë nga dielli sesa parashikon teoria. Këtu është e nevojshme të sqarohet se bëhet fjalë pikërisht për një lloj neutrinoje - neutrinot elektronike.

Për të shpjeguar këtë fakt, ata u përpoqën të përfshinin hipoteza të ndryshme në lidhje me strukturën e brendshme të Diellit, i cili është në gjendje të bllokojë neutrinot që mungojnë, por këto përpjekje ishin të pasuksesshme. Mbeti vetëm një shpjegim teorik për faktin: gjatë rrugës nga Dielli në Tokë, grimcat kthehen nga një lloj neutrinoje në tjetrin. Një grimcë e lindur si një neutrino elektronike përjeton lëkundje përgjatë rrugës së saj, duke u shfaqur me një periodicitet të caktuar si një neutrino muon ose tau. Prandaj, jo vetëm neutrinot e elektroneve, por edhe neutrinot muon dhe tau fluturojnë në Tokë nga Dielli. Hipoteza e lëkundjeve të neutrinos u parashtrua nga fizikani sovjeto-italian Bruno Pontecorvo në vitin 1957. Transformime të tilla të neutrinos nga një lloj në tjetrin presupozojnë një kusht të domosdoshëm - praninë e masës së neutrinos. Të gjitha eksperimentet e kryera me neutrinot treguan se masa e kësaj grimce është paksa e vogël, por nuk u mor asnjë provë strikte se ajo është e barabartë me zero. Kjo do të thotë se mundësia për lëkundjet e neutrinos mbeti vërtet.

Zbulimi i lëkundjeve

Konfirmimi i ekzistencës së lëkundjeve të neutrinos u mor nëpërmjet vëzhgimeve të neutrineve diellore dhe atmosferike në objektin eksperimental Superkamiokande në Japoni dhe në Observatorin e Neutrinove Sudbury në Kanada.

Japonezët ndërtuan një strukturë mbresëlënëse për të regjistruar neutrinot - një rezervuar i madh (40 me 40 metra) i bërë prej çeliku inox, i mbushur me 50 mijë tonë ujë të pastër. Rezervuari ishte i rrethuar nga më shumë se 11 mijë tuba fotoshumësues, të cilët supozohej të regjistronin ndezjet më të vogla të rrezatimit Cherenkov të krijuara kur elektronet rrëzohen nga atomet nga ndonjë neutrino. Duke marrë parasysh që neutrinot ndërveprojnë jashtëzakonisht dobët me materien, nga miliarda grimca që fluturojnë nëpër rezervuar, vetëm disa janë regjistruar. Duke marrë parasysh gjithashtu faktin që studiuesit duhet t'i shoshitin këto ngjarje nga një sfond i madh (në fund të fundit, ka ende shumë grimca krejtësisht të ndryshme që fluturojnë nëpër rezervuarin e madh), ata bënë një punë kolosale.

Detektori japonez ishte në gjendje të dallonte neutrinot e elektroneve dhe muoneve nga natyra e rrezatimit që ato shkaktonin. Përveç kësaj, shkencëtarët e dinin se shumica e neutrinoneve muonike krijohen në atmosferë kur grimcat e ajrit përplasen me rrezet kozmike. Falë kësaj, ata zbuluan modelin e mëposhtëm: sa më të gjata që rrezet e neutrinos të udhëtojnë distanca, aq më pak neutrino muone midis tyre. Kjo do të thoshte se gjatë rrugës, disa nga neutrinot muonore u kthyen në neutrino të tjera.

Prova përfundimtare e ekzistencës së lëkundjeve të neutrinos u mor në 1993 në një eksperiment në Sudbury. Në thelb, instalimi kanadez ishte i ngjashëm me atë japonez - një rezervuar i madh dhe jo më pak mbresëlënës uji nën tokë dhe shumë detektorë rrezatimi Cherenkov. Sidoqoftë, ajo tashmë ishte në gjendje të dallonte midis të tre llojeve të neutrinos: elektron, muon dhe neutrinot tau. Si rezultat, u zbulua se numri i përgjithshëm i neutrinos që mbërrijnë nga Dielli nuk ndryshon dhe është në përputhje të mirë me teorinë, dhe mungesa e neutrineve të elektroneve shkaktohet pikërisht nga lëkundjet e tyre. Për më tepër, sipas të dhënave statistikore, neutrinot përjetojnë lëkundje në një masë më të madhe kur kalojnë nëpër materie sesa përmes vakumit, pasi një numër më i madh neutrinosh elektrone mbërritën në detektor gjatë ditës sesa natën, kur grimcat e lindura në Diell duhej të kapërcenin të gjithë trashësinë e Tokës.

Sipas të kuptuarit të sotëm, lëkundjet e neutrinos janë dëshmi se këto grimca kanë masë, megjithëse vlera e saktë e masës ende nuk dihet. Fizikanët e dinë vetëm kufirin e sipërm - një neutrino është të paktën një mijë herë më e lehtë se një elektron. Zbulimi i masës së saktë të neutrinos është detyra tjetër e madhe për fizikantët që punojnë në këtë drejtim dhe është e mundur që Nobeli i ardhshëm për neutrinot të jepet për këtë arritje.

Teoria parashikon ekzistencën e një ligji të ndryshimit periodik në probabilitetin e zbulimit të një grimce të një lloji të caktuar në varësi të kohës së duhur që ka kaluar që nga krijimi i grimcës.

Ideja e lëkundjeve të neutrinos u parashtrua për herë të parë nga fizikani sovjeto-italian B. M. Pontecorvo në 1957.

Prania e lëkundjeve të neutrinos është e rëndësishme për zgjidhjen e problemit të neutrinos diellore.

Lëkundjet në vakum

Supozohet se transformime të tilla janë pasojë e pranisë së masës në neutrino ose (për rastin e transformimeve neutrino↔antineutrino) të mos ruajtjes së ngarkesës së leptonit në energji të larta.

Shiko gjithashtu

• Matrix Pontecorvo - Maki - Nakagawa - Sakata
• Lëkundjet e kaoneve neutrale
• Lëkundjet e mezonit B

Shënime

Letërsia

• Yu. G. Kudenko, "Studimi i lëkundjeve të neutrinos në eksperimentet e përshpejtuesit me vijë bazë të gjatë", Advances in Physical Sciences, vëll. 6, 2011.
• S. M. Bilenky, "Masa, përzierja dhe lëkundjet e neutrinos", Advances in Physical Sciences 173 1171-1186 (2003)

Fondacioni Wikimedia. 2010.

Shihni se çfarë janë "lëkundjet e neutrinos" në fjalorë të tjerë:

Lëkundjet e neutrinës nga shndërrimi i një neutrine (elektroni, muoni ose taoni) në një neutrino të një lloji të ndryshëm (gjeneratë), ose në një antineutrino. Teoria parashikon ekzistencën e një ligji të ndryshimit periodik në probabilitetin e zbulimit të një grimce... ... Wikipedia

- (v), një grimcë e lehtë (ndoshta pa masë) neutrale elektrike me rrotullim 1/2 (në njësi ћ), që merr pjesë vetëm në të dobët dhe gravitacional. ekspozimet. N. i përket klasës së leptonëve dhe sipas statistikave. Shpallje e shenjtë për ju fermion. Janë të njohura tre lloje të N.: ... ... Enciklopedia fizike

Teoria e lëkundjeve të neutrinos është shfaqur si një zgjidhje e mundshme për problemin e mungesës së neutrinos diellore. Thelbi i problemit ishte se në diell, sipas modelit standard, neutrinot lindin kryesisht si rezultat i reaksionit të ciklit proton-proton:

p + p 2 H + e + + e + 0,42 MeV

(Probabiliteti relativ i një reagimi të tillë është 99.75%)

Burimi kryesor i neutrineve me energji të lartë në Diell janë zbërthimet e 8 izotopeve B, të cilat lindin në reaksionin 7 Be(p,) 8 B (një degë e rrallë e ciklit proton-proton):

13 N 13 C + e + + e + 1,20 MeV

15 O 15 N + e + + e + 1,73 MeV

Aktualisht, ekzistojnë katër seri të dhënash eksperimentale për regjistrimin e grupeve të ndryshme të neutrinos diellore. Eksperimentet radiokimike të bazuara në reaksionin 37 Cl + e 37 Ar + e - janë kryer për 30 vjet. Sipas teorisë, kontributin kryesor në këtë reaksion duhet ta japin neutrinot nga kalbja e 8 V. Janë kryer kërkime për zbulimin e drejtpërdrejtë të neutrineve nga kalbja e 8 V me matje të energjisë dhe drejtimit të lëvizjes së neutrinos. në eksperimentin KAMIOKANDE që nga viti 1987. Eksperimentet radiokimike mbi reaksionin 71 Ga + e 71 Ge + e - janë kryer gjatë pesë viteve të fundit nga dy grupe shkencëtarësh nga një sërë vendesh. Një tipar i rëndësishëm i këtij reaksioni është ndjeshmëria e tij kryesisht ndaj reagimit të parë të ciklit proton-proton p + p 2 D + e + + e. Shpejtësia e këtij reagimi përcakton shkallën e çlirimit të energjisë në furrën e shkrirjes diellore në kohë reale. Të gjitha eksperimentet tregojnë një deficit në flukset e neutrinos diellore në krahasim me parashikimet e Modelit Standard Diellor.
Një zgjidhje e mundshme për problemin e mungesës së neutrinos diellore janë lëkundjet e neutrinos - shndërrimi i neutrineve të elektroneve në neutrino muon dhe tau.
Gjëja e parë që duhet t'i kushtoni vëmendje kur filloni të diskutoni për vetitë e neutrinos është ekzistenca e varieteteve të tyre të ndryshme.
Siç e dini, aktualisht mund të flasim patjetër për tre lloje të tilla:
ν e , ν μ , ν τ dhe, në përputhje me rrethanat, antineutrinot e tyre. Kur shkëmbehet me një bozon W të ngarkuar, një neutrino elektronike shndërrohet në një elektron dhe një neutrino muonike shndërrohet në një muon (ν τ prodhon një lepton tau). Kjo veti bëri të mundur që në një kohë të vendosej ndryshimi në natyrën e neutrineve të elektroneve dhe muoneve. Gjegjësisht, rrezet e neutrinove të formuara në përshpejtuesit përbëhen kryesisht nga produktet e zbërthimit të π-mezoneve të ngarkuara:

π + μ + + ν
π − μ − + ν

Nëse neutrinot nuk bëjnë dallimin midis llojeve të leptoneve, atëherë neutrinot e prodhuara në këtë mënyrë kanë po aq gjasa të prodhojnë elektrone dhe muone kur ndërveprojnë me bërthamat e materies. Nëse çdo lepton korrespondon me llojin e vet të neutrinos, atëherë vetëm llojet e muoneve krijohen në zbërthimin e pionit. Atëherë rrezja e neutrinos nga përshpejtuesi në shumicën dërrmuese të rasteve do të prodhojë muone, jo elektrone. Ky është pikërisht fenomeni që u regjistrua eksperimentalisht.
Pas sqarimit të faktit të ndryshimit midis llojeve të neutrinos, lindi pyetja: sa i thellë është ky ndryshim? Nëse i drejtohemi analogjisë me kuarkët, duhet t'i kushtojmë vëmendje faktit që ndërveprimet e dobëta elektrike nuk ruajnë llojin (shijen) e kuarkut. Për shembull, zinxhiri i mëposhtëm i tranzicioneve është i mundur:

gjë që çon në përzierjen e gjendjeve që ndryshojnë vetëm në çuditshmëri, për shembull, K-mezonet neutrale K 0 dhe K 0 . A mund të përzihen lloje të ndryshme neutrinos në një mënyrë të ngjashme? Kur t'i përgjigjemi kësaj pyetjeje, është e rëndësishme të dini se cilat janë masat e neutrinos. Nga vëzhgimet ne dimë se neutrinot kanë masa shumë të vogla, dukshëm më të vogla se masat e leptoneve përkatës. Pra, për masën e neutrinos së elektroneve kemi një kufizim

m(e)< 5.1 эВ,

ndërsa masa e elektronit është 0,51099906 ± 0,00000015 MeV
Në shumicën dërrmuese të rasteve, ne mund të supozojmë se masat e të tre neutrineve janë zero. Nëse ato janë saktësisht të barabarta me zero, është e pamundur të vërehen efektet e përzierjes së mundshme të llojeve të ndryshme të neutrinos. Vetëm nëse neutrinot kanë masa jo zero, përzierja fiton kuptim fizik. Vini re se ne nuk dimë ndonjë arsye themelore që çon në barazinë strikte të masave të neutrinos në zero. Kështu, pyetja nëse ka përzierje të neutrinove të ndryshme është një problem që duhet zgjidhur me metoda fizike, kryesisht eksperimentale. Për herë të parë, mundësia e përzierjes së llojeve të elektroneve dhe muoneve të neutrinos u vu në dukje nga B.M. Pontecorvo.

Përzierja e gjendjeve të neutrinos

Le të shqyrtojmë problemin e dy llojeve të neutrinos: e, ν μ,. Për efektet e përzierjes, merrni parasysh se si evoluojnë gjendjet me kalimin e kohës. Evolucioni në kohë përcaktohet nga ekuacioni i Shrodingerit

Nga kjo pikë e tutje ne përdorim sistemin e njësive h = c = 1, i cili përdoret zakonisht në fizikën e grimcave. Ky sistem është i përshtatshëm sepse ka vetëm një sasi dimensionale, për shembull energji. Tani momenti dhe masa kanë të njëjtat dimensione si energjia, dhe koordinata x dhe koha t kanë dimensionin e energjisë së kundërt. Duke zbatuar këtë lidhje me rastin e neutrinos që po shqyrtojmë, kur masat e tyre janë shumë më të vogla se momenti, ne marrim në vend të (2):

Bazuar në (5), ne e kuptojmë ekuacionin (4) si një sistem ekuacionesh për funksionet (t), (t):

Për shkurtësi, një sistem i tillë zakonisht shkruhet në formën (4), por më pas (t) kuptohet si një kolonë e , dhe në kllapa termi i parë është proporcional me matricën e identitetit, ndërsa vlera M 2 bëhet disa ( 2 x 2) matricë me elementë matricë që merren lehtësisht nga sistemi (6). Vlera është shumë e rëndësishme këtu, ndryshimi nga zero çon në efekte përzierjeje. Nëse nuk është aty, sistemi ndahet në dy ekuacione të pavarura dhe neutrinot, elektroni dhe muoni, ekzistojnë veçmas me masat e tyre.
Pra, H 0. Më pas do të kërkojmë zgjidhje për sistemin (6) në formën e kombinimeve

1 (t) = cos e (t) + sin ν μ (t), 2 (t) = -sin e (t) + cos ν μ (t).

(7)

të cilat kanë një frekuencë të caktuar, pra kanë formën (3). Për qëllime të mëtejshme, është e rëndësishme të theksohet se në 0 1 është pothuajse neutrino e pastër elektronike, dhe në /2 është pothuajse plotësisht muon. Duke shtuar të parën e ekuacioneve (6), të shumëzuar me cos, me të dytën, të shumëzuar me sin, marrim kushtin që ana e majtë gjithashtu të përmbajë vetëm 1:

Po ndodh m e > , pra =/4, korrespondon me përzierjen maksimale dhe realizohet pothuajse saktësisht për një sistem K-mezonësh neutrale. Shtetet (7) kanë masa të caktuara, të cilat i marrim nga sistemi (6):

(10)

Shenjat në (10) korrespondojnë me rastin > m e. Nga (10) shohim se me përzierjen zero = 0 marrim m 1 = m e, m 2 = . Në prani të përzierjes, ndodh një zhvendosje në masë. Nëse e konsiderojmë shumë të vogël, atëherë

Le të imagjinojmë që në momentin fillestar të kohës t = 0 lindi një neutrinë elektronike. Pastaj nga (7) dhe (12) marrim varësinë kohore të gjendjes në shqyrtim (e heqim faktorin e përbashkët e-ikt)

(13)

Le të prezantojmë shënimin m 2 = m 1 2 - m 2 2 . Shohim se, së bashku me neutrinën elektronike që ishte fillimisht e pranishme, këtu shfaqet edhe gjendja e neutrinës së muonit. Probabiliteti i shfaqjes së tij, sipas rregullave të mekanikës kuantike, është katrori i modulit të amplitudës, pra koeficienti në | ν μ >. Ajo, siç mund të shihet nga (13), varet nga koha dhe arrin në

W(t) = mëkat 2 2 mëkat 2 ((E 1 -E 2)t/2) = mëkat 2 2 mëkat 2 (m 2 t/4k) = mëkat 2 2 mëkat 2 (1,27m 2 L/E),

(14)

ku matim distancën L në metra, energjinë e neutrinës në megaelektronvolt dhe diferencën në masën katrore m2 në elektronvolt katror. Natyrisht, marrim parasysh vogëlsinë e masave të neutrinos, pra L = ct. Komponenti i muonit ka një varësi karakteristike luhatëse; kjo dukuri quhet luhatje neutrino. Çfarë duhet të vërehet si efekt i lëkundjeve të neutrinos? Ne e dimë se neutrinot e elektroneve prodhojnë një elektron si rezultat i një reaksioni me shkëmbimin e W, dhe neutrinot muon prodhojnë një muon. Rrjedhimisht, një rreze e përbërë fillimisht nga neutrino elektronike, kur kalon nëpër pajisje regjistrimi, prodhon jo vetëm elektrone, por edhe muone me një probabilitet në varësi të distancës deri në pikën e fillimit, të përshkruar nga formula (14). E thënë thjesht, ne duhet të kërkojmë lindjen e leptonëve "të huaj".
Eksperimentet për kërkimin e lëkundjeve të neutrinos po kryhen në mënyrë aktive dhe, si rregull, nuk çojnë në matjen e efektit, por në kufizime në parametrat në (14) dhe m2. Është e qartë se nuk ka fare efekt nëse të paktën njëri prej këtyre parametrave është i barabartë me zero. Kohët e fundit, ka pasur raporte për indikacione serioze të ekzistencës së lëkundjeve të neutrinos në eksperimentet në objektin japonez Super-Kamiokande. Këto eksperimente studiuan fluksin e neutrinos nga zbërthimet e grimcave të prodhuara në atmosferën e sipërme nga rrezet kozmike me energji të lartë. Në varësi të këndeve të prirjes ndaj horizontit në të cilin neutrinot që studiohen mbërrijnë në instrument, ato udhëtojnë distanca nga disa dhjetëra kilometra (drejtpërsëdrejti nga lart) deri në mijëra kilometra (drejtpërsëdrejti nga poshtë). Rezultati i matjeve të vazhdueshme një vit e gjysmë doli të ishte i papajtueshëm me llogaritjet e bazuara në teorinë pa lëkundje. Në të njëjtën kohë, futja e lëkundjeve çon në përputhje të shkëlqyer me eksperimentin. Në këtë rast, kalimet ν μ e janë të nevojshme:

mëkati 2 > 0.82,
510 -4 < m 2 < 610 -2

domethënë, vlerat e tyre kërkohen në mënyrë eksplicite. Deri më tani, opinioni publik shkencor ende nuk është prirur të pranojë përfundimisht zbulimin e lëkundjeve të neutrinos dhe është në pritje të konfirmimit të rezultatit. Eksperimentet vazhdojnë, por ndërkohë rezultoi se informacione edhe më të pasura mund të sigurohen duke studiuar lëkundjet e neutrinos, duke marrë parasysh ndërveprimin e tyre me materien.

Lëkundjet e neutrinos në materie

Zbardhja e mundësive që lidhen me efektet e përhapjes së neutrinos në materie lidhet me punën e L. Wolfenstein dhe S.P. Mikheev dhe A.Yu. Smirnova.
Le të shqyrtojmë përsëri rastin e dy neutrinos - elektronit dhe muonit. Lënda përmban protone dhe neutrone në bërthama dhe elektrone. Ndërveprimi i të dy llojeve të neutrinos me protonet dhe neutronet për shkak të shkëmbimit të W dhe Z ndodh në të njëjtën mënyrë dhe për këtë arsye nuk çon në efekte të reja në krahasim me përhapjen në vakum. Situata është krejtësisht e ndryshme me shpërndarjen e neutrinos nga elektronet. Një neutrino muonike mund të bashkëveprojë me një elektron vetëm përmes shkëmbimit të një bozoni neutral Z, ndërsa shkëmbimi i një bozoni të ngarkuar W kontribuon në shpërndarjen e një neutrine të elektronit (dhe antineutrinës) në një elektron Në të vërtetë, për shembull, W - shkon në një çift e, kështu që shpërndarja e procesit ndjek modelin

Kur antineutrinot shpërndahen nga një elektron, ato bashkohen në W, dhe kur neutrinot shpërndahen, W shkëmbehet, në të cilin neutrinoja fillestare jep një elektron dhe W +, i cili absorbohet nga elektroni origjinal, duke dhënë neutrinën përfundimtare. Për një neutrino muon, kalime të tilla janë të pamundura.
Pra, neutrina e elektronit ka një ndërveprim shtesë me elektronin, i cili përshkruhet nga termi shtesë në rreshtin e parë të (6):

Pastaj sistemi i ekuacioneve që përshkruan varësinë e funksionit të valës nga koha ndryshon:

ku = 2kV W, dhe kjo sasi shoqërohet me shpërndarjen e neutrineve të elektroneve në elektrone për shkak të shkëmbimit të W. Teoria elektrodobët jep një shprehje të thjeshtë

,

(17)

Ku G F = (1.16637 + 0,00002) . 10 -5 GeV -2 është konstanta e njohur e Fermit, që karakterizon ndërveprime të dobëta dhe N e- dendësia e elektroneve në substancë. Kjo dendësi është proporcionale me numrin atomik Z të elementit dhe dendësinë e zakonshme të substancës p, e cila pasqyrohet në formën numerike të relacionit (17). Pastaj vlera mund të përfaqësohet në formën (A është pesha atomike e elementit përkatës)

Duke marrë parasysh shprehjen (16) për masat e gjendjeve të neutrinos dhe (19) për këndin e përzierjes në materie, marrim fenomenin më interesant të lëkundjes rezonante të neutrinos në materie. Le të jetë përzierja e neutrinos në vakum shumë e vogël, domethënë mëkati 2< 1. Представим себе, что нейтрино с некоторым импульсом k (первоначально электронное) проходит через вещество с переменной плотностью, меняющейся монотонно, например убывающей. Если при этом в каком-то слое плотность такова, что выполняется равенство

1.526. 10 -7 Zk/A = m 2 cos 2,

(20)

atëherë realizohet rezonanca. Vërtet, për mëkat 2 m<< 1 и нейтрино остается электронным. Однако при выполнении равенства (20) sin 2 m = 1, при дальнейшем уменьшении плотности sin 2 m вновь становится малым, но это значит, что 2 m становится близким к , а m - к /2. Из (7) видно, что это соответствует уже почти полностью нейтрино мюонному. Таким образом, при прохождении резонанса происходит смена сорта нейтрино, причем тем полнее, чем меньше вакуумный угол смешивания. Поэтому такая резонансная осцилляция является фактически единственной возможностью проявления малого смешивания нейтрино.
Fenomeni i lëkundjes rezonante manifestohet qartë edhe në varësinë e masave të neutrinos në lëndë nga dendësia (16). Në të vërtetë, le të fillojmë me shprehjen (16) me një shenjë minus, e cila, në përputhje me ekuacionet (15), përshkruan neutrinën fillestare të elektronit (pasi përmban ndërveprimin e tij karakteristik me elektronet V W). Lëreni dendësinë të ndryshojë gjatë kalimit përmes rezonancës. Atëherë katrori i masës para rezonancës në një kënd të vogël është i barabartë me m e 2 + V W , dhe pas rezonancës -. Kur kalon nëpër rezonancë, lloji i neutrinës ndryshon plotësisht.
Duhet theksuar se nëse në vend të një neutrino konsiderojmë një antineutrino, atëherë ndryshimi kryesor qëndron në shenjën e termit që përshkruan ndërveprimin me shkëmbimin W. Shenjat e V W për neutrinot dhe antineutrinot janë të kundërta. Kjo do të thotë se gjendja e rezonancës arrihet në varësi të shenjës së m 2 ose vetëm për neutrinot ose vetëm për antineutrinot. Për shembull, nëse një neutrinë muonike është më e rëndë se ajo elektronike, atëherë rezonanca mund të vërehet vetëm për gjendjen fillestare të neutrinës elektronike, por jo për antineutrinën.
Kështu, përhapja e rrezeve të neutrinos (dhe antineutrinos) në materie siguron informacion të pasur fizik. Nëse parametrat kryesorë, domethënë m 2 dhe , janë të njohura, atëherë duke ndriçuar një rreze neutrine përmes një objekti të caktuar, për shembull një planet, një yll, etj., nga përbërja e rrezes së neutrinës në dalje, mund të merrni një pamje të shpërndarjes së densitetit brenda objektit të ndriçuar. Ju mund t'i kushtoni vëmendje analogjisë së ngushtë me transmetimin e objekteve të vogla (përfshirë ato të gjalla) me rreze X.

Shembuj të manifestimeve dhe aplikimeve të mundshme

Fenomeni i lëkundjeve të neutrinos nuk është regjistruar ende eksperimentalisht, por ka indikacione për ekzistencën e tyre dhe ato lidhen pikërisht me fenomene të mundshme të rezonancës. Fakti është se metodat e regjistrimit janë të ndjeshme kryesisht ndaj neutrineve të elektroneve (antineutrinos), pasi muoni dhe veçanërisht neutrinot tau me energji prej disa megaelektronvolt nuk mund të japin një reagim, p.sh.

37 Cl + 37 Ar + e - .

e cila përdoret në metodën klor-argon për zbulimin e neutrinos. Kjo për faktin se për lindjen e një muoni është e nevojshme të shpenzoni energji prej më shumë se 100 MeV (dhe akoma më shumë për lindjen e tau). Në të njëjtën kohë, një reagim i ngjashëm me një neutrino elektronike mund të ndodhë. Reaksionet bërthamore në Diell janë burimi i elektroneve (anti-)neutrinos, kështu që metoda e përdorur dukej mjaft adekuate. Sidoqoftë, nëse gjatë rrugës nga pika e lindjes deri në pajisje ndodh një lëkundje dhe neutrinoja kthehet, për shembull, në një muon, atëherë reagimi nuk ndodh dhe neutrina bëhet "sterile". Kjo mund të shërbejë si një shpjegim për deficitin e neutrinos diellore.
Në fillim ata u përpoqën të përdornin lëkundjet e zakonshme (seksioni i parë) në hapësirën midis Diellit dhe Tokës për të shpjeguar. Përzierja e neutrineve muonike përcaktohet nga këndi i përzierjes. Duke iu referuar formulës (14), mund të konkludojmë se fraksioni i neutrineve të tilla sterile në Tokë

ku përdorim kllapa këndore për të treguar vlerën mesatare. Mesatarja është e nevojshme pasi distanca L nga Toka në Diell ndryshon ndjeshëm gjatë procesit të matjes për shkak të lëvizjes së saj orbitale. Vlera mesatare e funksionit sin 2x në një interval të madh është 1/2, prandaj, fraksioni i neutrinos sterile është

Kështu, përgjithësisht është e mundur të shtypet fluksi i neutrinos nga Dielli përgjysmë, por kjo kërkon mëkatin maksimal të përzierjes 2 = 1. Kërkimet për lëkundjet tregojnë se për një gamë të gjerë masash neutrino, një përzierje kaq e madhe përjashtohet nga përvoja. Përveç kësaj, ky shpjegim jep të njëjtën shtypje të fluksit të neutrinos për të gjitha energjitë e neutrinos, ndërsa rezultatet eksperimentale tregojnë një varësi energjetike të efektit.
Një shpjegim më adekuat rezulton të jetë përdorimi i lëkundjeve rezonante në çështjen e Diellit. Në mënyrë që të ndodhë një kalim rezonant i neutrinos në një gjendje sterile, kushti (20) duhet të plotësohet në një shtresë të caktuar të lëndës diellore. Le të jetë këndi i përzierjes shumë i vogël, kështu që cos është 21. Le të marrim vlerat e parametrave si shembull

Z/A = 1,05, = 10 g/cm2, E = 1 MeV,

ku numri i parë pasqyron faktin se Dielli përbëhet kryesisht nga hidrogjeni me një përzierje heliumi dhe elementësh të tjerë. Pastaj kushti (20) jep ndryshimin në masën e neutrinos në katror

Është pikërisht ky rend i masave të neutrinos që nevojitet për të përdorur mekanizmin e rezonancës së lëkundjeve të neutrinos në materie për të shpjeguar deficitin e neutrinos diellore, duke përfshirë edhe varësinë energjetike të këtij efekti. Situata këtu është kjo: nëse të dhënat ekzistuese eksperimentale marrin konfirmimin përfundimtar, atëherë nuk mund të ofrohet asnjë shpjegim tjetër përveç lëkundjes rezonante. Ky do të jetë rezultati më i rëndësishëm, duke hapur rrugën për të kuptuar më tej strukturën e botës fizike. Përveç kësaj, ne do të marrim një mënyrë të re të skanimit me rreze X të trupave qiellorë, përfshirë Tokën tonë. Në të vërtetë, duke pasur parasysh se dendësia e shkëmbinjve tokësorë është 3-6 g/cm 3 në mantel dhe 9-12 g/cm 3 në bërthamë, jemi të bindur se me masën e neutrinos (22), arrihen kushtet e rezonancës. për neutrinot me energji të rendit disa megaelektronvolt. Duke formuar rreze të tilla dhe duke kryer një program të transndriçimit të Tokës me regjistrimin e efektit në një rrjet stacionesh neutrino, është e mundur të merren tomogramë të trashësisë së Tokës. Në të ardhmen, kjo mund të çojë si në sqarimin e detajeve të strukturës së Tokës ashtu edhe në rezultate praktike, për shembull, në aplikimin për kërkimin e mineraleve të thella.