Електронне нейтрино

В 1910-х рр при в рамках дослідження радіоактивних процесів було виявлено що під час β-розпаду енергія електронів варіюється в дуже широких межах і безперервним спектром. [1] Попри те що в інших радіоактивних процесах енергія частинок змінюється дискретно. Окрім того було виявлено що енергія новоутвореного електрона та атомного ядра менша аніж ядра атома до β-розпаду. Це ставило під сумнів закон збереження енергії. Також не спрацьовувала статистика кутових моментів частинок до і після розпаду.

В 1930 4 грудня Вольфганг Паулі в листі висловив припущення, що в ядрі існує електрично нейтральна частинку зі спіном ¹/₂, масою менше 1% від маси протона, яку він назвав "нейтроном". Така частинка пояснила б усі невідповідності. [1]

В 1932 Джеймс Чедвік відкрив частинку, яка не має електричного заряду, має спін ¹/₂, щоправда за масою вона виявилася навіть трохи важчою за протон. Ця частинка отримала назву "нейтрон". Частинка передбачена Паулі залишалася невідкритою.

За пропозицією Енріко Фермі, який в 1934 розробив математичну теорію β-розпаду за участю частинки, її перейменували на "нейтрино". [2] Того ж року на основі цих математичних викладок Ганс Бете і Рудольф Пайєрлс розрахували що нейтрино з енергією кілька MeB майже не взаємодіє зі звичайною матерією. Настільки слабко що здатне без суттєвих втрат здолати 1000 св.р матерії (наприклад зрідженого водню). Це робило дуже маловірогідним її експериментальне підтвердження. [3]

В 1946 року Бруно Понтекорво запропонував метод детектування нейтрино за допомогою реакції перетворення ядер хлору на ядра радіоактивного аргону. [1]

У 1956 році команді фізиків під очільництвом Фредеріка Райнеса та Клайда Кована вдалося експериментально зафіксувати трек нейтрино. В 1995-му за це відкриття Райнесу вручили Нобелівську премію з фізики. Кован не дожив до цієї події. [1]

На ядерному комплексі Саванна Рівер в штаті Південна Кароліна (США) збудували контейнер з водним розчином хлориду кадмію (Cd Cl₂). Внаслідок β-розпадів (уточнення: зворотній бета-розпад) ядер урану та плутонія щосекунди генерувався потік порядка 10¹² антинейтрино на 1 см². Згідно з теорією Фермі антинейтрино і протон (ядро гідрогену) при зіткненні породжували позитрон та нейтрон. Виниклі позитрони анігілювали з електронами, при анігіляції виникала пара гамма-квантів з енергією порядка 0.5 MеВ. Нейтрони у свою чергу поглиналися ядрами кадмію, яке випускали гамма-кванти іншої частоти. Аналіз статистики частот гамма-квантів і дозволив довести існування невловимих нейтрино. [3]

Ядерна реакція з поглинанням антинейтрино:

${\displaystyle {\bar {\nu }}_{e}+p\to n+e^{+}}$

Схема термоядерних реакцій в ядрі Сонця, та виділення електронних нейтрино.

Всі попередні теоретичні і експериментальні дослідження виходили з існування лише одного підвиду нейтрино/антинейтрино, яке виникає при утворенні позитрона/електрона. Потужним генератором нейтрино є Сонце, в ядрі якого відбувається нуклеосинтез: з протонів формуються ядра гелію та часом важчих елементів (металів).

Наступного року після детекції нейтрино було виявлено що нейтринні детектори вловлюють втричі менше нейтрино, аніж мало б бути згідно з розрахунків щодо термоядерних реакцій в надрах Сонця. При цьому інші вимірювання енерговиділень Сонця узгоджувалися з теоретичними розрахунками. Дефіцит нейтрино здобув назву "проблема сонячних нейтрино".

1. Юрій Райхель (8 жовтня 2015). "За перетворення загадкової частинки". Газета День. Процитовано 13 березня 2017.
2. Андрій Андруховський (25 квітня 2015). "Вольфганг Ернст Паулі". кафедра Інформатики КПНУ. Процитовано 14 березня 2017.
3. Алєксєй Лєвін (1 жовтня 2010). "Частинка - привид: нейтрино". Elementy.ru ((рос.)). журнал "Популярная механика". Процитовано 14 березня 2017.