Из жизни нейтрино

Комаров С.М.
(«ХиЖ», 2015, №11)

Нейтрино — разновидность элементарных частиц, младшее поколение лептонов. Старшее поколение составляют электрон, мюон и тау-лептон, два последних — короткоживущие: возникающие на короткое время при превращениях других частиц. Считается, что лептоны в отличие от адронов не состоят из каких-то иных частиц. Найдены нейтрино трех ароматов — электронное, мюонное и тау-нейтрино. Каждое нейтрино имеет античастицу, однако, поскольку электрическим зарядом оно не обладает, для их различения было введено лептонное число, для каждого аромата — свое. Нейтрино входит в число фермионов (то есть в одном состоянии не может быть более одной частицы) и имеет спин 1/2. Нейтрино участвует в гравитационном и слабом взаимодействиях с веществом. Поскольку первое очень мало, а второе проявляется лишь на очень маленьких расстояниях, нейтрино легко пролетают через космические объемы вещества.

Самая главная загадка нейтрино — обладают ли они массами. Долгое время считалось, что масса нейтрино равна нулю, и для описания этой частицы была предложена теория двухкомпонентного (или продольного) нейтрино Ландау, Ли — Янга и Салама. Согласно ей, нейтрино — это продольный, то есть всегда вращающийся влево или вправо, винт (это самая простая аналогия, которую смогли придумать физики для описания явления с учетом того, что спин — достаточно абстрактное квантовое число). Вращения определяют по тому, куда направлен спин частицы, — по ее движению или в обратную сторону.

Экспериментально было доказано, что нейтрино — левые частицы. Антинейтрино — правые частицы. Правого нейтрино либо нет в природе, либо оно не участвует в слабых взаимодействиях, то есть заметить его нельзя. Таким образом, у нас есть только два состояния, а не четыре, как это было бы для настоящего винта (винт левый, винт правый, антивинт левый, антивинт правый). Если у нейтрино есть масса, эта простая аналогия перестает работать: согласно теории относительности, массивная частица движется со скоростью, меньше скорости света. Значит, гипотетический наблюдатель может всегда обогнать какое-то нейтрино, и тогда он увидит вращения в другую сторону.

Масла в огонь добавляет и специфика Стандартной модели, в которой частицы лишены массы как таковой. Масса возникает при взаимодействии с неким полем — полем Хиггса. Впрочем, и заряд возникает не сам по себе, а вследствие взаимодействия с полем. У нейтрино — с полем слабого взаимодействия, олицетворяемого его тремя бозонами. Так в уравнениях для описания этих частиц возникает два, в общем-то независимых сомножителя, связанных с полем, формирующим заряды, и с полем, отвечающим за массу.

«Осцилляции нейтрино могут иметь место, если существует некоторое (очень слабое) взаимодействие, которое нарушает сохранение лептонных зарядов или смешивает различные нейтрино между собой», — писал Понтекорво в 1976 году. «Теперь мы знаем, что среди бозонов есть "гибридные" частицы, то есть бозоны с не строго сохраняющимся зарядом. ...Если существуют такие электрически нейтральные "гибриды" среди фермионов, то мы вправе ожидать, что они не описываются стационарными состояниями и осциллируют, переходя друг в друга. Такие частицы являются суперпозицией частиц с определенными (различными) массами, которые описываются стационарными состояниями и являются истинно нейтральными (или майорановскими) фермионами», — пишет он же в 1983-м. Собственно, в этих двух предложениях и заключена теория осцилляций.

Согласно ей, нейтрино летит в пространстве как суперпозиция массивных состояний незаряженных частиц, которые двигаются с разными скоростями, отчего то одна, то другая компонента оказывается доминирующей. Аромат же фактически приобретается в момент столкновения с веществом. Складывающих нейтрино состояний может быть и три, и шесть: второе число получается, если у трех известных ароматов нейтрино имеются свои стерильные партнеры. При этом может произойти так, что именно невидимые стерильные партнеры и обладают нормальной, то есть большой, массой. Тогда нейтрино перестает быть экзотикой среди других элементарных частиц: его кажущаяся малая масса — лишь следствие того, что мы не все знаем.

Из-за введения двух наборов нейтрино: тех, что имеют аромат, который фиксируют в эксперименте благодаря слабому взаимодействию с веществом, и тех, чьи массы стоят в формулах, — такие построения непросты для понимания, но это именно то, что могут сейчас предложить физики.

123

Разные разности

09.08.2022 17:00:00

…температура в Арктике растет в четыре раза быстрее, чем глобальное потепление

…около половины оплодотворенных яйцеклеток погибает очень рано, еще до того, как мать узнает, что она беременна

…если вы хотите найти безопасный район для проживания, выберите тот, где жители доверяют друг другу и выгуливают много собак…


>>
05.08.2022 17:00:00

Многие самки пауков съедают своих партнеров после спаривания, и большинство самцов относятся к этому покорно. Но есть пауки, которых такое положение вещей не устраивает. И они стараются удрать в самый последний момент.

>>
03.08.2022 17:00:00

Израильские ученые уверены, что взаимная симпатия с потенциальным партнером зависит от того, насколько хорошо они могут синхронизировать свои тела.

>>
01.08.2022 17:00:00

Ученые из Университета Ньюкасла обнаружили новые типы бактерий, которые прилипают к плавающим в морской толще частицам микропластика и путешествуют на них по океану.

>>
26.07.2022 16:00:00

Почти в половине проб воды, взятых из рек по всему миру, присутствуют биологически активные компоненты лекарств в концентрациях, от которых можно ожидать экотоксикологических эффектов.

>>