다른 유형의 중성미자의 상호 변환 08.10.2015

중성미자와 물질의 매우 약한 상호작용은 잘 알려져 있습니다. 그들은 단일 원자를 방해하지 않고 지구나 태양을 통과할 수 있습니다. 게다가, 그들은 이런 식으로 수십억 개의 별을 통과할 수 있습니다. 이것은 한편으로는 그들의 특성을 등록하고 측정하는 것을 어렵게 만들고 다른 한편으로는 우주의 진화와 별 내부에서 일어나는 과정에 대한 가장 중요한 정보의 원천이 됩니다. 과학자들은 또한 중성미자가 우주에서 물질과 반물질의 비대칭을 설명하는 데 중요한 역할을 할 수 있다고 믿습니다. 이는 빅뱅 이후 물질과 반물질의 완전한 상호 소멸이 없었고 물질의 일부가 여전히 살아남았다는 사실로 구성됩니다. 그리고 우리의 우주를 형성했습니다.

중성미자의 문제 중 하나는 질량 문제입니다. 오랫동안 중성미자는 질량이 없다고 가정했습니다. 이것이 표준 모델의 원래 버전에서 고려된 방식입니다. 이 문제의 해결은 소립자의 물리학을 이해하는 데만 중요한 것이 아닙니다. 중성미자는 우주에서 일어나는 핵반응에 의해 생성되며 광자 다음으로 가장 흔한 입자입니다. 그들의 수는 엄청납니다. 초당 60억 개 이상의 중성미자가 XNUMX제곱센티미터를 통과합니다. 따라서 자체 질량이 매우 작더라도 모든 중성미자의 총 질량은 매우 클 수 있으며 우주의 진화에 영향을 미칠 수 있습니다. 현대 추정에 따르면 모든 중성미자의 질량은 우주에서 보이는 모든 별의 질량과 거의 같습니다.

태양에서 지구로 오는 전자 중성미자의 수를 결정하는 데 또 다른 문제가 발생했습니다. 1970년대 이후 실험은 이론으로 예측된 ​​수의 1957/1990만 등록했습니다. 이것을 전자 중성미자 수의 적자라고 합니다. 이 현상을 설명하기 위해 XNUMX개의 가정이 제시되었으며, 그 중 소위 중성미자 진동(진동) 가설이 이겼습니다. 태양에서 오는 전자 중성미자는 실험에서 기록되지 않은 다른 유형의 중성미자로 변했다고 가정했습니다. 흥미롭게도, 기본 입자 진동의 아이디어는 XNUMX년 소련 학자인 Bruno Pontecorvo에 의해 표현되었습니다. 중성미자 진동은 XNUMX년대 후반에 진지하게 논의되었습니다.

현재 세 가지 유형의 중성미자가 알려져 있으며, 각각은 항상 해당 렙톤과 함께 태어납니다. 즉, 전자, 뮤온 또는 타우 렙톤에서 이름을 얻었습니다. 중성미자 진동의 가설에 따르면 중성미자가 서로 변환되는 과정은 시간과 공간에서 주기적으로 발생합니다. 따라서 처음에는 전자 중성미자로만 구성된 빔에서 전파될 때 뮤온과 타우 중성미자의 혼합물이 나타나며 동시에 전자 중성미자의 비율이 감소합니다.

흥미롭게도 이 문제의 해결책은 중성미자 질량 문제와 관련이 있는 것으로 밝혀졌습니다. 사실 중성미자 진동은 질량이 있어야만 가능합니다.

현대 개념에 따르면 그 이유는 전자, 뮤온 및 타우 중성미자가 서로 다른 질량을 가진 세 가지 상태의 양자 혼합물이기 때문입니다. 우리는 전자, 뮤온 및 타우 중성미자가 세 개의 파동으로 구성되어 있다고 말할 수 있으며, 각 파동은 고유한 주파수와 진폭으로 진동합니다. 따라서 초기 순간에 이러한 파동의 합이 전자 중성미자처럼 보였다면 잠시 후 이 파동은 뮤온과 타우 중성미자의 혼합물이 나타나는 방식으로 합산되어 실험자들에 의해 측정됩니다. 전자 중성미자 수의 적자.

따라서 물리학자들은 중성미자가 아직 직접적으로 측정되지는 않았지만 질량이 있다고 오랫동안 믿어왔습니다. 표준 모델의 공식을 약간 수정하여 그 본질을 위반하지 않았습니다. 그러나 이것에 대한 실험적 증거는 2015세기와 XNUMX세기의 전환기에 얻어졌습니다. XNUMX년 노벨상 수상자인 일본인 Kajita Takaaki와 캐나다인 Arthur McDonald는 중성미자 진동을 연구한 두 주요 연구 그룹의 핵심 인물이었습니다.

1998 년 Super-Kamiokande 실험에서 얻은 대기 가스 원자 핵과 우주선의 상호 작용으로 인해 발생하는 대기 중성미자의 진동에 대한 일본 과학자의 결과가 발표되었습니다. 중성미자가 검출기 탱크의 물 분자와 충돌하면 빠르고 전하를 띤 입자가 생성됩니다. 그것은 광 센서로 측정되는 체렌코프 방사선을 생성합니다. 그 모양과 강도는 중성미자의 유형과 그것이 어디에서 왔는지를 나타냅니다. 위에서 온 뮤온 중성미자는 지구를 가로질러 더 긴 경로를 여행한 것보다 더 많았습니다. 이것은 두 번째 경우의 뮤온 중성미자가 다른 유형의 중성미자로 변했음을 보여줍니다.

2001년, 태양 중성미자 진동은 Sudbury Neutrino Observatory(SNO - Sudbury Neutrino Observatory)에서 입증되었습니다. 그곳에서 검출기 탱크의 중성미자와 중수 사이의 반응으로 전자 중성미자와 세 가지 유형의 중성미자 모두의 수를 함께 측정할 수 있었습니다. 전자 중성미자의 수는 예상보다 적은 반면, 세 가지 유형의 중성미자의 총 수는 예상과 일치했습니다. 이로부터 전자 중성미자 중 일부가 다른 유형의 중성미자로 바뀌었습니다.