Восстание римских рабов и нейтринные загадки Вселенной.
Восстание римских рабов, двойной безнейтринный распад, барионная асимметрия Вселенной и тёмная материя.
Как эти несопоставимые события и процессы пересекаются? А вот самым неожиданным образом. Нейтрино - самая "неуловимая", и казалось бы, самая "бесполезная" частица Стандартной Модели современной физики. Для сверхчувствительных детекторов частиц необходима идеальная защита от фонового излучения. Казалось бы, на эту роль больше всего подходит классический свинец. Но свинец, недавно выплавленный из руды безобразно "фонит" из-за изотопа свинца 210, претерпевающий бета-распад с периодом полураспада 22,3 года. Из-за этого его надо очищать, обедняя этим изотопом. Это очень дорого. И тут как нельзя, кстати, пришлась находка древнего римского судна, затопленного вблизи Сардинии, и пролежавшего 2000 лет на дне Тирренского моря. Груз свинца, предназначавшийся для создания снарядов для пращей, мог бы попасть в руки восставших, и поэтому капитан римского судна решил затопить его. Таким образом груз из около тысячи слитков по 33 кг каждый оставался на дне, пока в 1988 году их не обнаружили местные дайверы. Находка бы так и пролежала дальше на дне, но эта находка заинтересовала физиков. Естественная радиоактивность этих слитков была в 100 000 раз меньше, чем у обычного, и в 100 раз меньше, чем у специального, обедненного 210-м изотопом металла. Итак, эти слитки пошли на изготовление сверхчувствительных детекторов элементарных частиц.
Одни их этих детекторов - эксперименты коллаборации CUORE ученые надеются найти новый тип радиоактивности, предсказанный три четверти века назад, - двойной безнейтринный распад. В природе распространен электронный распад ядер, бетта распад, при котором ядро покидает электрон, (распад нейтрона) и электронное антинейтрино. Так же был обнаружен более редкий распад с испусканием двух электронов и двух антинейтрино.
А теперь экспериментаторы ищут еще одну разновидность двойного бета-распада, предсказанную в 1939 году американским физиком-теоретиком Уэнделлом Фарри. Он исходил из теории, предложенной итальянцем Джулио Рака, которая базировалась на очень красивой гипотезе Этторе Майораны (оба они были учениками Энрико Ферми). Она разрешает существование частиц с полуцелым спином (фермионов), которые являются своими собственными античастицами. Такими частицами могут быть только нейтрино, как доказал Рака. Фарри предположил, что один из нейтронов, задействованных в двойном бета-распаде, может поглотить антинейтрино, испущенное другим нейтроном. В результате оба нейтрона превратятся в протоны, но за пределы ядра вылетят одни электроны. Такой процесс называется двойным безнейтринным бета-распадом. Вот такой процесс, если он существовал в начале Вселенной, мог привести к несохранению (увеличению) лептонного числа, и, в конечном итоге сформировать Вселенную с преобладанием вещества над антивеществом. Эксперименты, где ищут распады ксенонона-136, который подвержен двойному бета-распаду (обычному) с периодом полураспада порядка 2•1021 лет и (потенциально) двойному безнейтринному бета-распаду с периодом полураспада 1,6•1025 лет.
В настоящее время проводятся другие эксперименты. Например, в гранитных горах физики Китая и США вместе создали Реакторный нейтринный эксперимент Дайя Бэй. 8 детекторов Дайя Бэй ищут антинейтрино, испущенные 6 расположенными рядом ядерными реакторами. Уже первые эксперименты показали неожиданно высокий темп превращения одного типа антинейтрино в другой. Это может свидетельствовать о наличии нового типа нейтрино (сейчас известно три типа нейтрино - электронное, мюонное и тау-нейтрино). Это событие будет выходом за пределы Стандартной Модели, где "обосновались" три типа нейтрино. Недостаток электронных антинейтрино, примерно в 6% возникает, по предложению, из-за превращения в неизвестный, стерильный тип нейтрино, не несущий никакой заряд, и взаимодействующий с веществом только гравитационно. Наблюдений недостаточно, чтобы объявить об открытии. Одним из объяснений этого несоответствия могло бы существование стерильного нейтрино с массой в миллион масс электрона.
В будущем планируется создание новых детекторов и экспериментов. Один из таких экспериментов, которые планируются в следующее десятилетие - это эксперимент, когда нейтрино будет генерироваться в лаборатории Ферми, а детекторы будут установлены за 1300 км, в Стенфорде, в подземном научно-исследовательском центре. Кроме этого, в технологическом институт Карлсруэ в Германии будут исследовать распад трития в эксперименте Катрин. Все эти эксперименты направленны на обнаружение нового типа нейтрино, возможно тяжелее в миллиард раз электрона.
Этот вид нейтрино, возможно ответственен за небольшой дисбаланс между материей и антиматерией, который возник сразу же в начале Вселенной. В дальнейшем этот небольшой дисбаланс привёл к значительному превалированию материи над антиматерией в нашей Вселенной. Хотя, возможно, то стерильные нейтрино связаны с другими новыми частицами, выходящие за пределы СМ, ответственные за барионную асимметрию.
http://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/432614/Igry_s_malymi_shansami
http://www.astronet.ru/db/msg/1363154
Как эти несопоставимые события и процессы пересекаются? А вот самым неожиданным образом. Нейтрино - самая "неуловимая", и казалось бы, самая "бесполезная" частица Стандартной Модели современной физики. Для сверхчувствительных детекторов частиц необходима идеальная защита от фонового излучения. Казалось бы, на эту роль больше всего подходит классический свинец. Но свинец, недавно выплавленный из руды безобразно "фонит" из-за изотопа свинца 210, претерпевающий бета-распад с периодом полураспада 22,3 года. Из-за этого его надо очищать, обедняя этим изотопом. Это очень дорого. И тут как нельзя, кстати, пришлась находка древнего римского судна, затопленного вблизи Сардинии, и пролежавшего 2000 лет на дне Тирренского моря. Груз свинца, предназначавшийся для создания снарядов для пращей, мог бы попасть в руки восставших, и поэтому капитан римского судна решил затопить его. Таким образом груз из около тысячи слитков по 33 кг каждый оставался на дне, пока в 1988 году их не обнаружили местные дайверы. Находка бы так и пролежала дальше на дне, но эта находка заинтересовала физиков. Естественная радиоактивность этих слитков была в 100 000 раз меньше, чем у обычного, и в 100 раз меньше, чем у специального, обедненного 210-м изотопом металла. Итак, эти слитки пошли на изготовление сверхчувствительных детекторов элементарных частиц.
Одни их этих детекторов - эксперименты коллаборации CUORE ученые надеются найти новый тип радиоактивности, предсказанный три четверти века назад, - двойной безнейтринный распад. В природе распространен электронный распад ядер, бетта распад, при котором ядро покидает электрон, (распад нейтрона) и электронное антинейтрино. Так же был обнаружен более редкий распад с испусканием двух электронов и двух антинейтрино.
А теперь экспериментаторы ищут еще одну разновидность двойного бета-распада, предсказанную в 1939 году американским физиком-теоретиком Уэнделлом Фарри. Он исходил из теории, предложенной итальянцем Джулио Рака, которая базировалась на очень красивой гипотезе Этторе Майораны (оба они были учениками Энрико Ферми). Она разрешает существование частиц с полуцелым спином (фермионов), которые являются своими собственными античастицами. Такими частицами могут быть только нейтрино, как доказал Рака. Фарри предположил, что один из нейтронов, задействованных в двойном бета-распаде, может поглотить антинейтрино, испущенное другим нейтроном. В результате оба нейтрона превратятся в протоны, но за пределы ядра вылетят одни электроны. Такой процесс называется двойным безнейтринным бета-распадом. Вот такой процесс, если он существовал в начале Вселенной, мог привести к несохранению (увеличению) лептонного числа, и, в конечном итоге сформировать Вселенную с преобладанием вещества над антивеществом. Эксперименты, где ищут распады ксенонона-136, который подвержен двойному бета-распаду (обычному) с периодом полураспада порядка 2•1021 лет и (потенциально) двойному безнейтринному бета-распаду с периодом полураспада 1,6•1025 лет.
В настоящее время проводятся другие эксперименты. Например, в гранитных горах физики Китая и США вместе создали Реакторный нейтринный эксперимент Дайя Бэй. 8 детекторов Дайя Бэй ищут антинейтрино, испущенные 6 расположенными рядом ядерными реакторами. Уже первые эксперименты показали неожиданно высокий темп превращения одного типа антинейтрино в другой. Это может свидетельствовать о наличии нового типа нейтрино (сейчас известно три типа нейтрино - электронное, мюонное и тау-нейтрино). Это событие будет выходом за пределы Стандартной Модели, где "обосновались" три типа нейтрино. Недостаток электронных антинейтрино, примерно в 6% возникает, по предложению, из-за превращения в неизвестный, стерильный тип нейтрино, не несущий никакой заряд, и взаимодействующий с веществом только гравитационно. Наблюдений недостаточно, чтобы объявить об открытии. Одним из объяснений этого несоответствия могло бы существование стерильного нейтрино с массой в миллион масс электрона.
В будущем планируется создание новых детекторов и экспериментов. Один из таких экспериментов, которые планируются в следующее десятилетие - это эксперимент, когда нейтрино будет генерироваться в лаборатории Ферми, а детекторы будут установлены за 1300 км, в Стенфорде, в подземном научно-исследовательском центре. Кроме этого, в технологическом институт Карлсруэ в Германии будут исследовать распад трития в эксперименте Катрин. Все эти эксперименты направленны на обнаружение нового типа нейтрино, возможно тяжелее в миллиард раз электрона.
Этот вид нейтрино, возможно ответственен за небольшой дисбаланс между материей и антиматерией, который возник сразу же в начале Вселенной. В дальнейшем этот небольшой дисбаланс привёл к значительному превалированию материи над антиматерией в нашей Вселенной. Хотя, возможно, то стерильные нейтрино связаны с другими новыми частицами, выходящие за пределы СМ, ответственные за барионную асимметрию.
http://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/432614/Igry_s_malymi_shansami
http://www.astronet.ru/db/msg/1363154