Реклама

Аргумент в пользу гипотезы

об осцилляции нейтрино

 

Как известно, источником энергии Солнца и других звезд является термоядерная реакция превращения четырех протонов водорода в ядра атома гелия. Реакция сопровождается излучением двух нейтрино. Зная светимость Солнца и энергетический эффект одной реакции, можно узнать количество нейтрино, испускаемых в единицу времени. Это количество равно 1039 сек-1, а поток их на Земле – 1015 м-2 сек-1

В 1946 г

. советский физик Б.М.Понтекорво выдвинул идею, как измерить количество нейтрино. Идея основывалась на реакции:

ν + Cl37 → Ar37 + e-

Берется большое количество вещества, богатого хлором (например, жидкость перхлорэтилен – C2Cl4), при взаимодействии ядра хлора с нейтрино мы получаем радиоактивный изотоп аргона, излучение которого и фиксируется.

Эти опыты в течение 20 лет ставил американский физик Дэвис. Результат его опытов состоял в том, что число зафиксированных нейтрино было в 7 раз меньше, чем должно быть. Причем ошибка эксперимента не превышает 10%.

Были предложены две гипотезы, как объяснить это явление. Одной из гипотез была “гипотеза осцилляций”, предложенная Б.М.Понтекорво. Эта гипотеза состоит в том, что нейтрино в пути как бы “распадаются”, превращаясь из электронных в мюонные, которые детектор не может фиксировать. Эта гипотеза требует признания наличия у нейтрино массы покоя. Если эта гипотеза подтвердится, то предстоит внесение серьезных изменений в физику элементарных частиц.

Другая гипотеза, высказанная Фаулером, состоит в том, что если нейтрино прорываются сквозь солнечные недра фактически мгновенно, то оптическое излучение, рожденное в ходе ядерных реакций в недрах Солнца, просачивается из солнечных глубин к поверхности в течение многих лет. Тогда получается следующее. Много лет назад интенсивность ядерных реакций в недрах Солнца была высокая, а сейчас низкая. Нынешний поток нейтрино является отражением нынешней низкой интенсивности ядерных реакций, а нынешнее оптическое излучение Солнца является отражением высокой интенсивности ядерных реакций, которая была тысячи лет назад. Через несколько тысяч лет и оптическая интенсивность излучения Солнца упадет, что приведет к очередному ледниковому периоду (которые, по некоторым утверждениям, повторяются периодически). Данные изменения интенсивности ядерных реакций на Солнце объясняются перемешиванием вещества в его недрах. Эту гипотезу защищает И.С.Шкловский [1].

Однако с этой версией спорит астроном Ю.Ефремов [2], говоря, что Шварцшильд создал теорию эволюции звезд главной последовательности, основанную на предположении о том, что перемешивания не происходит – и выводы этой теории подтверждены многими наблюдениями.

Чтобы определить, какая из этих гипотез верна, определим, за какое же время оптическое излучение проходит из недр Солнца к его поверхности. Если за очень большое время, то тогда теория перемешивания верна и гипотеза об осцилляциях нейтрино является излишней. Если очень быстро – то тогда теория перемешивания ошибочна, и теория осцилляций нейтрино имеет право на существовавние.

Чему равна скорость распространения света в плотной среде? Скорость эта равна v = c/n, где c – скорость света в вакууме, n – показатель преломления. Тогда, учитывая, что радиус Солнца – R, а показатель преломления меняется с расстоянием от центра Солнца как n(r), для времени движения светового луча будем иметь:

t =0 R dr/v(r) = (1/c) 0 R n(r)dr

Учитывая, что n = √εμ√ε и подставляя значение диэлектрической проницаемости для плазмы, получим:

t = (1/c) 0 R (1 – e2ne(r) / (πmeν2(r))), где ne(r) – концентрация электронов в плазме, а ν(r) – зависимость частоты излучения от расстояния до центра Солнца (в центре оно из-за высокой температуры близко к рентгеновскому или даже γ-δиапазону, а оптическим становится уже в фотосфере)

Примем к сведению, что вещество в Солнце практически полностью ионизировано и предположим, что это преимущественно водород. Преобразуем концентрацию в плотность вещества, а частоту – в длину волны:

t = (1/c) 0 R [1 – e2/(πmemHc2) λ2(r)ρ(r)] dr

Значение λ(r) определим из закона излучения Вина:

λT = νm = 3*10-3

Тогда: t = (1/c) 0 R [1 – e2 νm / (πmemHc2) ρ(r)/T2(r)] dr

Подставим численные значения:

t = (1/c) 0 R [1 –5*10-4ρ(r)/T2(r)] dr

Конкретные значения величин найдем из [3]:

R/R (от центра)

T(K)

ρ (г/см3)

0

1,5*109

150

0,2

107

36

0,5

3,4*106

1,3

0,8

1,3*106

0,035

0,98

105

0,001

Отсюда получаем ρ(r) / T2(r):

R/R (от центра)

ρ(r) / T2(r)

0

6,7*10-11

0,2

3,6*10-10

0,5

1,2*10-10

0,8

2*10-11

0,98

10-10

Получаем, что величина под корнем практически неотличима от единицы:

t = (1/c) 0 R 1 dr = (1/c) 0 R dr = R/c = 700 тысм / 300 тыс. км/сек = 2,3 сек.

Получаем вывод, что теория перемешивания вещества в недрах Солнца не выдерживает критики, и, следовательно, теория осцилляций нейтрино имеет право на существование и теория элементарных частиц должна сделать из этого свои выводы.

Уже после написания данного материала поступила информация, что в эксперименте «Супер-Камоканде» в Японии было получено прямое свидетельство осцилляции солнечных нейтрино. В более ранних экспериментах измерялось количество только электронных нейтрино от Солнца, которых действительно было в несколько раз меньше, чем предсказывала «стандартная модель» строения Солнца. Однако в эксперименте «Супер-Камиоканде» был измерен поток не только электронных нейтрино, а поток нейтрино всех трех типов (электронные, мюонные и тау) Он оказался равным (5,44 ± 1) ·106 см-2с-1, что соответствует теоретическому значению 5 ·106 см-2с-1. Таким образом, гипотеза об осцилляции подтвердилась (источник информации – журнал «Успехи физических наук», 2002 год, т. 172, стр. 216).

 

 

Hosted by uCoz