site.btaПреди 25 години учени обявяват, че са открили тау неутрино

Преди 25 години - на 21 юли 2000 г., учени оповестяват, че са намерили доказателство за съществуването на тау неутрино – 12-та частица, изграждаща материята. Откритието е оповестено от международен екип с участието на 54 учени, които работят от 1997 г. по проекта ДОНЪТ (Direct Observation of the Nu Tau), осъществен в ускорителя на елементарни частици “Фермилаб Теватрон” край Чикаго, САЩ. Думата “неутрино”, която на италиански означава “малък и неутрален”, влиза в речника на физиците през 30-те години на 20-и в. Неутрино са постоянно движещи се субатомни частици, които имат скорост близка до тази на светлината. Всяка секунда трилиони от тях преминават през материята. Тау неутрино е третият и вероятно последен вид неутрино. През 1956 г. е открито електронно неутрино, а през 1962 г.  - мюонно неутрино.

БТА съобщава за откритието в емисията си “Забава и знание”:

Откриха последната липсваща частица от материята
 
Чикаго, 21 юли 2000 г. /БТА/ Учени от националната лаборатория за ускорители “Ферми” край Чикаго откриха първото пряко доказателство за съществуването на тау неутрино - загадъчна субатомна частица, която се смята за последната неизвестна досега част от структурата на материята, предадоха световните агенции.

54 учени от САЩ, Япония, Корея и Гърция работят по откриването на тау неутрино в лабораторията “Ферми” от 1997 г. насам.  “Това е епохално откритие”, заяви физикът Мартин Пърл от университета в Станфорд.  Пърл е носител на Нобелова награда и пръв теоретично доказва съществуването на тау неутрино през 1978 г.

Тау неутрино е една от фундаменталните частици, изграждащи материята. Това е дванадесетата и вероятно последната микроскопична частица, описана в Стандартния модел на физиката на частиците. Този модел описва и обяснява всички елементарни частици, въпреки че много от взаимодействията между тях остават неясни.

Думата неутрино, която на италиански означава “малък и неутрален”, влиза в речника на физиците през 30-те години на нашия век. Неутрино са постоянно движещи се субатомни частици, които имат скорост близка до тази на светлината.  Всяка секунда трилиони от тях преминават през материята.  Неутрино нямат електрически заряд, а масата им е едва една милионна част от тази на електроните. Неутрино са “самотници” и рядко взаимодействат с околната среда. Тау неутрино е третият и вероятно последен вид неутрино.  През 1956 г. бе открито електронно неутрино, а през 1962 г.  - мюонно неутрино.

През 1978 г.  Пърл и негови колеги от университета в Станфорд откриват субатомните частици тау лептони. Откритието води до извода, че трябва да съществува и тау неутрино, тъй като тау неутрино са предшественици на лептоните. Но откриването на тау неутрино се оказва труден проблем. Математическите изчисления започват през 1993 г.  През 1997 г. използвайки специфичен ускорител за частици, учени пускат наситен с неутрино лъч в еднометров детектор, състоящ се от железни плоскости, покрити с емулсия. След това учените анализират 6-те милиона следи, оставени по покритието. Посредством компютъризирани видеокамери изследователите създават триизмерни образи на следите, оставени от частиците. Стеснявайки кръга на наблюденията си, те попаднали на четири ясни следи, които според тях са оставени вследствие на сблъсък на тау лептон с тау неутрино. Експериментът е наречен DONUT (Direct Observation of the Nu Tau).

Според Пърл възможно е да съществуват и други видове неутрино, но това не е доказано теоретично, нито такива неутрино са били наблюдавани. Откритието на тау неутрино няма пряк практически ефект. Резултатите от работата на международния екип все още не са публикувани.  
          
Какво представлява неутриното – интересни подробности могат да се прочетат в други публикации на БТА в емисията “Забава и знание”:

Международен екип от учени предлага строежът на Земята да се изследва с атмосферни неутрино

Ню Йорк, 23 ноември 2007 г./БТА/ Учени от международен колектив, съставен от специалисти от Испания, САЩ и Япония, предложиха строежът на нашата планета да бъде изследван с помощта на атмосферни неутрино, регистрирани от полярната неутринна обсерватория IceCube. Очаква се този метод да гарантира невиждана досега точност, съобщи “Юнивърс тудей”.

Неутриното са елементарни частици, които практически не взаимодействат с веществото. За да бъдат регистрирани, се използват специални детектори, които по  принцип се състоят от вода и лед. Едно от тези устройства - IceCube - се намира в района на Южния полюс.

Използването на IceCube ще се окаже особено ценно за изследване на участъка, където се извършва преходът между ядрото и мантията на Земята. Сега тази област е трудна за изучаване. Благодарение на новия метод ще се гарантира много по-голяма точност от известната на съвременната наука.

Според доктор Франсис Халцен, професор от университета на Уисконсин-Медисън, един от авторите на проекта, IceCube може да помогне да бъде получена подробна карта на изучаваните геоложки зони за сметка на непосредствени наблюдения с неутрино, а не чрез косвена регистрация - например със звукови колебания.

Учените съобщават, че предвиждат по време на опитите си да съберат данни за фиксацията на атмосферните неутрино -  раждащи се при сблъсък на космически лъчи с ядра на атомите на въздуха.

Изграждането на IceCube още не е завършило, но Халцен твърди, че заедно с колегите си ще започне да събира данни за изследването от февруари 2008 г. Събирането на информацията ще продължи най-малко една година.

Нека припомним, че неутриното е фундаментална частица без електричен заряд и с изключително малка маса - почти нула. То се отнася към семейството на частиците, наричани лептони, които не се подчиняват на силните ядрени сили. Създава се в енергийните сблъсъци между ядрените частици. Тези частици изобилстват във Вселената, но сблъсъците между тях са изключително редки. Неутриното преминава свободно през звездите в Космоса и изминава огромни разстояния във Вселената.

Съществуват три типа неутрино, всяко свързано със зареден лептон: електронно, мюонно и тау неутрино. Електронното неутрино е предложено през 1930 г. от австрийския физик Волфганг Паули за обясняване на липсващата част от енергията при бета-разпада - форма на радиация. Паули заключава, че в резултата трябва да има и трета частица, която не взаимодейства достатъчно силно, и затова не може да бъде детектирана. Слънцето излъчва само електронно неутрино. По-късно, през 1934 г., роденият в Италия физик Енрико Ферми доразвива това предложение и дава на частицата името неутрино.

Неутриното е най-проникващата от субатомните частици. То не се йонизира, тъй като няма електричен заряд. Само една от 10 млрд. частици, пътуващи през материя в разстояние, равно на диаметъра на Земята, реагира с протон или неутрон. За неговото регистриране има създадени специални телескопи, които са под повърхността на Земята, за да могат да регистрират единствено преминаването на неутриното през нашата планета.

Учените продължават да правят нови открития за тези частици:

Физици разрешиха загадката на липсващите неутрино

Париж, 1 юни  2010 г. /БТА/ Учени съобщават, че са успели да разрешат загадката с липсващите неутрино - една от трайните мистерии в субатомната вселена на елементарните частици, предадоха Ройтерс и Франс прес.

Ако бъде потвърдено в следващи експерименти, откритието ще подложи под съмнение основни понятия в т.нар. Стандартен модел във физиката. То освен това може да повлияе върху разбирането за материята във Вселената.

От десетилетия физиците наблюдават, че много по-малко неутрино - електрически неутрални, пътуващи със скорост близка до тази на светлината, пристигат на Земята от Слънцето, отколкото слънчевите модели предсказват. Това може да означава две неща - или моделите са грешни, или нещо се случва с частиците неутрино по пътя.

Учените са наблюдавали изчезването на поне една от типовете частици неутрино - мюонното неутрино. Това заляга в основата на хипотезата, удостоена с Нобелова награда през 1969 г., че тези миниатюрни частици се променят в нова, невиждана форма.

Сега физици от лабораторията “Гран Сасо” към Националния институт за ядрена физика в Италия са наблюдавали за пръв път пряката промяна на мюонно неутрино в тау неутрино в процес, известен като неутрино осцилация.

“Открихме липсващото парче от пъзела. Ако откритието се потвърди, ще е необходима нова физика, за да обясни този факт”, казва Антонио Ередитато от изследователския екип.
Според Стандартния модел частиците неутрино нямат маса. Направените експерименти обаче показват точно обратното.

Постижението може да помогне да се изясни природата на тъмната материя, която според учените съставлява 25 процента от Вселената. Специалистите освен това ще могат да научат повече за зараждането, еволюцията и евентуалната смърт на Вселената.

“Съществуващото в безкрайно малкото винаги има отражение върху безкрайно голямото”, допълва Ередитато (…).