Tìm hiểu về hạt neutrino

Chia sẻ: Vu Dinh Hiep | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:9

Thêm vào BST

Báo xấu

153
lượt xem 24
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nghiên cứu nơtrinô va chạm proton. II. Các đặc tính hạt nơtrinô Spin và điện tích: Nơtrinô có spin bán nguyên nên nó là hạt fermion. Vì là hạt lepton trung hoà điện, nên nơtrinô không tham gia tương tác mạnh cũng như tương tác điện từ, chỉ thông qua tương tác yếu và hấp dẫn.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tìm hiểu về hạt neutrino

Nghiên cứu nơtrinô va chạm proton. II. Các đặc tính hạt nơtrinô Spin và đi ện tích: Nơtrinô có spin bán nguyên nên nó là hạt fermion. Vì là hạt lepton trung hoà điện, nên nơtrinô không tham gia tương tác mạnh cũng như tương tác điện từ, chỉ thông qua tương tác yếu và hấp dẫn. Các đo đạt các đặt tính của hạt nơtrinô chủ yếu dựa vào việc quan sát phân rã của hạt Z boson. Hạt Z này có thể phân rã ra bất kì loại nơtrinô nào và phản hạt của nó và có thể có nhiều loại nơtrinô hơn, có thời gian sống ngắn hơn hạt Z. Việc đo đạt thời gian sống của hạt Z chỉ ra có 3 loại nơtrinô nhẹ ( nghĩa là có khối lượng nhỏ hơn 1/2 khối lượng hạt Z). Trong mô hình chuẩn, sử tương quan giữa 6 quark và 6 lepton (trong đó có 3 nơtrinô) đã hướng các nhà vật lý tới suy nghĩ là có 3 loại nơtrinô. Tuy nhiên, những bằng chứng thực chất của vấn đề tại sao chỉ có bai loại nơtrinô vẫn là bài toán chưa có lời giải thoả đáng. Fermion Kí hiệu Khối lượng Thế hệ thứ nhất (electron) Nơtrinô electron
Phản hạt nơtrinô electron
Khối l ượng nơtrinô: Theo mô hình chuẩn, nơtrinô được giả thiết là không có khối lượng, mặt dù việc thêm khối lượng của nơtrinô vào mô hình không phải quá khó. Trên thực tế, tất cả các hiện tượng giải thích các thí nghiệm yêu cầu khối lượng của nơtrinô bằng không. Tuy nhiên, theo mô hình thuyết Big Bang tiên đoàn phải tồn tại một tỉ lệ phù hợp giữa số hạt nơtrinô và số photon trong bức xạ nền vũ trụ. Nếu tổng năng lượng của ba loại nơtrinô vượt quá giá trị trung bình 50 eV/nơtrinô, khối lượng trong vũ trụ sẽ quá nhiều dẫn tới suy sụp. Giá trị giới hạn có thể được loại trừ nếu giả thiết nơtrinô không bền, tuy nhiên với mô hình chuẩn thì điều này rất khó xảy ra. Một yêu cầu nghiêm ngặt khác từ việc phân tích các số liệu từ vũ trụ như bức xạ nền vũ trụ, việc nghiên cứu ngân hà, và phổ Lyman-alpha…cho thấy khối lượng nơtrinô phải nhỏ hơn 0.3 eV. Năm 1998, kết quả nghiên cứu tại máy dò nơtrinô Super-Kamiokande xác định rằng thực chất nơtrinô có những dao động “mùi” vì vậy có khối lượng. Các thí nghiệm chỉ nhạy với sự sai biệt bình phương khối lượng. Sự sai biệt này rất nhỏ, nhỏ hơn 0.05 eV (vào năm 2005). Hơn nữa, những yêu cầu ngụ ý rằng nơtrinô nặng nhất có khối lượng ít nhất là 0.05 eV nhưng không lớn hơn 0.3 eV. Ước lượng chính xác nhất cho sự khác biệt bình phương khối lượng của hai trạng thái của nơtrinô vào năm 2005 của nhóm KamLAND là . Năm 2006, phòng thí nghiệm MINOS đo đạt sự dao động từ chùm nơtrinô tau mạnh xác định sự sai biệt bình phương khối lượng của hai trạng thái 2 và 3 là phù hợp với kết quả của Super-Kamiokande. Những nổ lực gần đây của các nhóm là xác định thang khối lượng tuyệt đối của nơtrinô trong phòng thí nghiệm. Các phương pháp được áp dụng bao gồm phân rã beta hạt nhân.
Quan sát các tia vũ trụ *Một vài kết quả nghiên cứu của các nhóm: Khối lượng của (đơn vị eV) được xác định trong phân rã beta của Triti Ta thấy kết quả của Mainz và Trosisk chấp nhận được. Tính phân cực: Các kết qủa thực nghiệm cho thất tất cả nơtrinô có phân cực trái (spin ngược chiều với moment) và các phản hạt nơtrinô đều phân cực phải. Trong giới hạn không khối lượng, chỉ có một hướng phân cực được quan sát. Tuy nhiên, sự tồn tại của nơtrinô có khối lượng làm cho vấn đề thêm phức tạp một chút.
Nơtrinô được sinh ra trong tương tác yếu như trạng thái riêng của toán tử phân cực. Tuy nhiên, tính phân cực của nơtrinô có khối lượng không phải là không thây đổi trong quá trình chuyển động. Những nơtrinô tự do truyền đi như trạng thái chồng chập của hai trạng thái riêng phân cực trái và phân cực phải. Sự chuyển đổi qua lại giữa các nơtrinô: Các hạt quark thật sự không phải là độc lập với nhau, có trạng thái trộn giữa các trạng thái đơn lẽ này. Tương tự các hạt nơtrinô cũng vậy, nếu chúng có khối lượng thì nơtrinô chuyển động trong không gian thật chất là trạng thái pha trộn giữa ba trạng thái , và theo các qui luật lượng tử. Điều này gọi là sự dao động giữa các nơtrinô. Sự chuyển đổi qua lại giữa các thế hệ nơtrinô có thể giúp để giải thích sự thiếu hụt trong các số liệu quan sát được của dòng nơtrinô mặt trời và cũng là mộttrong những bằng chứng cho thấy nơtrinô có khối lượng. Nhiều thí nghiệm trong các nhà máy hạt nhân cũngnhư trong các máy gia tốc đã cố gắng để thăm dò hướng này hơn 20 năm nhưng vẫn chưa cho kết quả khả quan. Gần đây, từ năm 1996 ngày càng nhiều công trình về sự chuyển đổi được công bố. III. Các nguồn nơtrinô 1. Nơtrinô mặt trời:
Các nơtrinô này được sinh ra trong các quá trình nhiệt hạch trong các sao, có năng lượng khá nhỏ. 85% nơtrinô được sinh ra trong phản ứng Việc nghiên cứu lý thuyết về nơtrinô mặt trời: Tổng số hạt nơtrinô có thể được tính chính xác nhưng phổ năng lượng lại chứa nhiều bất định. Chuỗi phản ứng như sau Và kết quả phổ năng lượng
Nghiên cứu thực nghiệm: các nghiên cứu thực nghiệm chủ yếu dựa vào phương pháp hoá xạ. Trong đó nơtrinô tham gia các phản ứng hoặc
Và sau đó dựa vào tính phóng xạ của hạt nhân Ar hoặc Ge xác định những đại lượng cần tính. 2. Nơtrinô sinh ra từ các hoạt động của con người Trong các nơtrinô này có những hạt mang năng lượng cao được tạo từ các máy gia tốc và các hạt năng lượng thấp sinh ra trong các phản ứng hạt nhân. Loại đầu tiên có thể đạt năng lượng 110GeV dùng để nghiên cứu cấu trúc nuclon và tương tác yếu. Loại thứ hai được tạo ra trong nhân của các lò phàn ứng ( một lò hạt nhân chuẩn có thể phát ra nơtrinô/giây) và có nănglượng 4MeV. Các nơtrinô này được sử dụng đầu tiên để thăm dò và đưa các giá trị giới hạn cho nơtrinô dao động. 3. Nơtrinô từ trái đất Từ khi trái đất sinh ra, đã có sẵn các hạt nhân nguyên tử có tính phóng xạ, chúng gọi là phóng xạ tự nhiên. Các chất phóng xạ này khá quan trọng nhưng ít được biết đến, các đóng góp chính của chúng là giữ vật chất dưới lớp vỏ trái đất ở trạng thái nóng chảy. Công suất của các phóng xạ này khoảng 20000 Giga Wat (tương đương 20000 nhà máy hạt nhân), các nơtrinô sinh ra rất nhiều khoảng 6 triệu/giây/cm2 . Tuy nhiên các nơtrinô này thường bị hoà lẫn vào trong các nơtrinô được sinh ra trong các nhà máy hạt nhân. 4. Nơtrinô từ các tia vũ trụ Khi các tia vũ trụ xuyên qua khí quyển, nó sẽ tương tác với hạt nhân nguyên tử và sẽ sinh ra các “cơn mưa hạt”. Cũng tuân theo các qui luật sinh ra nơtrinô trong các phòng thì nghiệm, các nơtrinô được tạo ra và gọi là nơtrinô khí quyển. Một vài phòng thí nghiệm như Kamiokande và Super-Kamiomande ờ Nhật đã quan sát sự dao động của các nơtrinô này và cho kết quả năm 1998 khả quan.
5. Nơtrinô từ Big Bang Mô hình chuẩn của Big Bang dự đoán, giống như photon, cũng có bức xạ nền của nơtrinô. Cho đến hiện tại, các nơtrinô này vẫn chưa được tìm thấy. Các nơtrinô này rất nhiều, khoảng 330 nơtrinô/ cm3. Năng lượng của các nơtrinô này khá nhỏ (khoảng 0.0004 eV) vì vậy mà không có thí nghiệm nào, mặt dù rất lớn có thể nhận ra chúng. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. http://en.wikipedia.org/wiki/Neutrino 2. http://www.physics.upenn.edu/neutrino/jhu/node2.html 3. http://wwwlapp.in2p3.fr/neutrinos/aneut.html 4. http://cupp.oulu.fi/neutrino/index.html 5. http://arxiv.org/PS_cache/arxiv/pdf/0704/0704.1800v1.pdf