Защо е присъдена Нобелова награда за физика за трансформации на неутрино Наука и технология
Нобеловата награда за физика за 2015 г. ще бъде присъдена на канадеца Артър Макдоналд и японеца Такааки Каджита „за откриването на неутринните трептения, които показват, че неутрино имат маса“. Физиците са били уверени в съществуването на ненулева маса за тази частица през последните няколко десетилетия и решението на Кралската шведска академия на науките най-накрая сложи край на този въпрос.
Исторически погледнато неутрино се появиха във физиката на частиците преди повече от 80 години в търсенето на решения на два проблема в ядрената физика: така наречената азотна катастрофа и описанието на непрекъснатия спектър на електроните при бета разпадане. Първият проблем е свързан с факта, че учените са вярвали, че теорията на Ръдърфорд е правилна, според която атомът е съставен от протони и електрони. По-специално, физиците не са знаели за съществуването на неутрона и са вярвали, че ядрото на азотния атом се състои изключително от протони. Това доведе до факта, че експериментът и теорията дадоха различни стойности на спина на ядрото (неговия общ ъглов момент).
Свързани материали
Неуловими частици
Вторият проблем - непрекъснатият спектър на електроните при бета разпад (този разпад променя заряда на ядрото с един и води до излъчването на електрон или неговата античастица - позитрон) - е свързан с факта, че при експериментите върху бета разпадането енергиите на образуваните електрони се променят непрекъснато, за разлика, например, от дискретен (прекъснат) спектър на алфа частици (ядра на хелий-4).
Два проблема преследваха физиците, тъй като те доведоха до нарушаване на законите за опазване - импулс, ъглов момент и енергия. Някои учени, по-специално датчанинът Нилс Бор, дори предполагат, че е време да се преразгледат енергийните основи на физиката и да се откажат законите за опазване. За щастие не ми се наложи.
Всички бяха успокоени от швейцарския физик Волфганг Паули. През 1930 г. той пише писмо до участниците в конференция в Тюбинген. „Има възможност в ядрата да има електрически неутрални частици, които аз ще нарека„ неутрони “и които имат спин 1/2. Масата на "неутрон" в порядъка на величината трябва да бъде сравнима с масата на електрон и във всеки случай не повече от 0,01 от масата на протон. Тогава непрекъснатият бета-спектър би станал разбираем, ако приемем, че по време на разпадането, заедно с електрона, се излъчва и "неутрон" - по такъв начин, че сумата от енергиите на "неутрона" и електрона остава постоянна, " каза ученият.
"Неутронът" на Паули се оказа не неутрона, открит експериментално през 1932 г. от британеца Джеймс Чадуик, а теоретично предложен от съветския физик Дмитрий Иваненко и германеца Вернер Хайзенберг. Междувременно през 1933 г. Паули говори на конгреса на Солвей в Брюксел, където разказва подробности за идеята си, която „спасява” закона за запазване на енергията.
Неутрино (италианският „малък неутрон“) е кръстен на италианския физик Енрико Ферми, който създава първата количествена теория за бета разпадането. Той описва взаимодействието на четири частици: протон, неутрон, електрон и неутрино. Теорията на Ферми за неутрино не се съдържа в атомно ядро, както смята Паули, но избягва от него заедно с електрон в резултат на бета разпадане.
Ферми смята неутриното за неутрална частица, по-лека от електрон или дори с маса, равна на нула. Неговата теория обаче не може да се пренормира (доведе до разминавания). Едва след въвеждането на нови частици - междинни векторни бозони - и създаването на електрослаба теория, която обединява слаби и електромагнитни взаимодействия, всички свойства на неутрино получават последователна теоретична основа. Оттогава именно неутрино се превърнаха в основните маркери на слабото взаимодействие.