ნეიტრინო

ნეიტრინო (იტალ. neutrino — (კნინობითი) < neutrone — „ნეიტრონი“; აღნიშვნა: $\nu$ — „ნიუ“) — ელექტრულად ნეიტრალური ელემენტარული ნაწილაკი, რომელსაც ელექტრონის მასასთან შედარებით აქვს ძალიან მცირე (შესაძლოა ნულის ტოლი) უძრაობის მასა, 1/2-ის ტოლი სპინი (პლანკის მუდმივას $h/2\pi$ ერთეულებით გამოსახული). სახელწოდება „ნეიტრინოს“ იყენებენ სამი სხვა დასხვა ელემენტარული ნაწილაკის — ელექტრონული ( $\nu _{e}$ ), მიუონური ( $\nu _{\mu }$ ) და ტაონური ( $\nu _{\tau }$ ) ნეიტრინოს მიმართ.

ნეიტრინო მიეკუთვნება ლეპტონებს, რომლებიც არ მონაწილეობენ ე. წ. ძლიერ ურთიერთქმედებაში. ამ ნაწილაკებს აქვს სპეციფიკური ლეპტონური მუხტი: ელექტრონული ( $\nu _{e}$ და $e^{-}$ ნაწილაკებისათვის), მიუონური ( $\nu _{\mu }$ და $\mu ^{-}$ ) და ტაონური ( $\nu _{\tau }$ და $\tau ^{-}$ ). ელექტრონისა და მიუონისგან განსხვავებით ( $\nu _{e}$ , $\nu _{\mu }$ და $\nu _{\tau }$ ნეიტრინოები (გარდა ტრადიციულისა) უშუალოდ მონაწილეობენ მხოლოდ სუსტ ურთიერთქმედებაში. ეს გარემოება, ერთის მხრივ, განაპირობებს ნეიტრინოს მრავალ უნიკალურ თვისებას, მეორე მხრივ, მეტისმეტად აძნელებს მასზე პირდაპირ დაკვირვებას. ამის გამო ნეიტრინოს ბუნება ძირითადად გამოკვლეულ იქნა არაპირდაპირი ექსპერიმენტებით.

კვლევის ისტორია[რედაქტირება | წყაროს რედაქტირება]

1931 წელს ჰიპოთეზა ელექტრონული ნეიტრინოს, ან უფრო ზუსტად, ანტინეიტრინოს არსებობის შესახებ გამოთქვა შვეიცარიელმა ფიზიკოსმა ვ. პაულიმ, რათა აეხსნა ენერგიის მუდმივობის კანონის მოჩვენებითი დარღვევა ბეტა-დაშლის პროცესში. 1934 წელს ამ დაშლის თეორია შექმნა იტალიელმა ფიზიკოსმა ე. ფერმიმ, რომელმაც შემოიღო ე. წ. სუსტი ურთიერთქმედების ცნება. β⁻-დაშლა ამ თეორიის მიხედვით არის $n$ ნეიტრონის გარდაქმნა $p$ პროტონად, რასაც თან ახლავს ( $e^{-},{\tilde {\nu }}_{e}$ ), წყვილის გამოსხივება:

n\rightarrow p+e^{-}+{\tilde {\nu }}_{e}

. (1ა)

ფერმის თეორია წინასწარმეტყველებს შებრუნებულ პროცესსაც:

{\tilde {\nu }}_{e}+p\rightarrow n+e^{+}

. (1ბ)

ე. ი. ამ თეორიის თანახმად არსებობს გარკვეული ალბათობა იმისა, რომ ანტინეიტრინო რეაგირებს პროტონთან, რის შედეგად წარმოიშობა ნეიტრონი და პოზიტრონი. შესაძლებელია აგრეთვე $p\rightarrow n+e^{+}+\nu _{e}$ პროცესი, რომელიც შეესაბამება ატომბირთვების პოზიტრონულ β⁺-დაშლას:

_{Z}^{A}X\rightarrow _{Z-1}^{A}X+e^{+}+\nu _{e}

,

სადაც აზეპს სიმბოლოთი აღნიშNულია ბირთვი, რომელიც შეიცავს ზ პროტონს და რომლის მასური რიცხვია ა. ეს პროცესი თანამედროვე ასტროფიზიკის თანახმად განსაკუთრებით მნიშვნელოვან როლს ასრულებს მზესა და ვარსკვლავებში მიმდინარე თერმობირთვულ რეაქციებში, რომლებიც მათი ენერგიის ძირითად წყაროს წარმოადგენენ. ფერმის თეორიის წარმატებამ ხელი შეუწყო ნეიტრინოს, როგორც ახალი ელემენტარული ნაწილაკის, საყოველთაო აღიარებას მის 1953 წლის აღმოჩენამდე დიდი ხნით ადრე (1ბ) რეაქციის მეშვეობით (კ. კოუენი, ფ. რაინესი, აშშ). მეორეს მხრივ, ელემენტარული ნაწილაკების, ძირითადად კი პი- და კა-მეზონების, დაშლის სპეციფიკამ მოითხოვა (ენერგიის, იმპულსისა და მომენტის შენახვის კანონების საფუძველზე) ამ პროცესებშიც ნეიტრინოს ტიპის ნაწილაკის შეყვანა. მიუხედავად იმისა, რომ ამ ორი ნაწილაკის ზოგადი მახასიათებლები (ელექტრონეიტრალურობა, მცირე მასა, 1/2 სპინი, სუსტი ურთიერთქმედება სხვა ნაწილაკებთან) ერთი და იგივეა. დამტკიცდა, რომ ნეიტრინო $\nu _{\mu }$ , რომელიც გამოსხივდება მიუონთან ( $\mu$ ) ერთად [ $\pi ^{\pm }\rightarrow \mu ^{\pm }+\nu _{\mu }({\tilde {\nu }}_{\mu }),<math>K^{\pm }\rightarrow \mu ^{\pm }+\nu _{\mu }({\tilde {\nu }}_{\mu })$ და ა. შ.], განსხვავდება ელექტრონული ნეიტრინოსაგან ( $\nu _{e}$ ) ისინი განსხვავდებიან ერთმანეთისაგან დამატებითი ლეპტონური კვანტური რიცხვებით.

1956 წელს სუსტ ურთიერთქმედებაში ლუწობის შენახვის დარღვევის აღმოჩენამ ახალი ეტაპი შექმნა ნეიტრინოს გამოკვლევაში. ლუწობის შენახვის დარღვევის ერთ-ერთი შედეგი ისაა, რომ სუსტი ურთიერთქმედების პროცესში წარმოშობილ ნაწილაკებს უნდა ჰქონდეს გარკვეული პოლარიზაცია თავისი მოძრაობის მიმართულებით. ბეტა-დაშლაში ელექტრონებისა და პოზიტრონების სიგრძივი პოლარიზაციის გაზომვებიდან გამომდინარეობს, რომ $\nu _{e}$ სრულად პოლარიზებულია თავისი იმპულსის საწინააღმდეგო მიმართულებით, ხოლო ${\tilde {\nu }}_{e}$ — იმპულსის მიმართულებით.

შემდეგი მნიშვნელოვანი ნაბიჯი ნეიტრინოს თეორიის განვითარებაში დაკავშირებულია 1973-1975 წლებში ჰადრონებსა და ელექტრონებზე ნეიტრინოს გაბნევის პროცესებში ნეიტრალური სუსტი დენების აღმოჩენასა და ლეპტონებისა და კვარკების სუსტი და ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედებების ერთიანი თეორიის შექმნასთან. ამ თეორიის თანახმად ორივე ნეიტრინო, გარდა უვე ცნობილი ( $\nu _{e}\rightarrow e^{-}$ ) და ( $\nu _{\mu }\rightarrow \mu ^{-}$ ) ელემენტარული გადასვლებისა, რომელთა აღწერა შესაბამისი დამუხტული სუსტი დენებით ხდება, განიცდის აგრეთვე „დრეკად“ ( $\nu _{e}\rightarrow \nu _{e}$ ) და ( $\nu _{\mu }\rightarrow \nu _{\mu }$ ) ელემენტარულ გადასვლებს ნეიტრალური დენებით, რაც იწვევს დამახასიათებელ გაბნევის პროცესებს: $\nu _{e}({\tilde {\nu }}_{e})+e\rightarrow \nu _{e}({\tilde {\nu }}_{e})+e$ , $\nu _{\mu }({\tilde {\nu }}_{\mu })+e\rightarrow \nu _{\mu }({\tilde {\nu }}_{\mu })+e$ , $\nu _{\mu }({\tilde {\nu }}_{\mu })+Z^{X}\rightarrow \nu _{\mu }({\tilde {\nu }}_{\mu })+...$ (2)

პირველი პროცესი შეიძლება გამოწვეული იყოს, როგორც დამუხტული, ისე ნეიტრალური დენებით, უკანასკნელი ორი კი — მხოლოდ ნეიტრალური დენებით.

თანამედროვე წარმოდგენების თანახმად, (2) პროცესები უმნიშვნელოვანეს როლს ასრულებენ ასტროფიზიკურ მოვლენებში, რადგან ისინი გარდაქმნიან სხვადასხვა სახის ენერგიას ( $\nu {\tilde {\nu }}$ ) წყვილის ენერგიად. ნეიტრინოს განსაკუთრებულ როლს ამ პროცესებში განაპირობებს მისი უზარმაზარი შეღწევადობის უნარი (მაგალითად, 1 მეგევ ენერგიის ნეიტრინოს გარბენი ტყვიაში 10²⁰ სმ-ია). ნივთიერებაში ფოტონების ინტენსიური შთანთქმის გამო ენერგიის კარგვა დიდი სიმკვრივისა და ტემპერატურის მქონე ვარსკვლავების (თეთრი ჯუჯები, ზეახალი ვარსკვლავები და სხვა) მიერ სინათლის გამოსხივებით გაძნელებულია, ამიტომ ისინი ენერგიას უმეტესად ( $\nu {\tilde {\nu }}$ ) წყვილების გამოსხივების (ე. წ. ვარსკვლავების ნეიტრინული ნათობა) შედეგად კარგავენ.

ამჟამად საყოველთადო მიღებულ ცხელი სამყაროს კოსმოლოგიურ მოდელში არსებობს შეზღუდვა ზემოდან ნეიტრინოს სხვადასხვა ტიპის რიცხვზე ( $N_{\nu }\leqslant 6$ ) და მათ ჯამურ მასაზე $m_{\nu _{e}}+m_{\nu _{\mu }}+...<100$ ევ). რაც შეეხება სხვა ტიპის ნეიტრინოს, გარდა $\nu _{e}$ -სი და $\nu _{\mu }$ -სი, ბოლო წლებში მიღებულია დამაჯერებელი ექსპერიმენტული მითითება ერთი ასეთი ნაწილაკის $\nu _{\tau }$ -ს არსებობაზე, რომელიც თავის დამუხტულ პარტნიორთან $\tau ^{-}(\tau ^{+})$ ერთად ქმნის ლეპტონების ახალ ქვეჯგუფს ( $\nu _{\tau },\tau$ ); ეს ჯგუფი თავისი სუსტი და ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედებებით ელექტრონული ( $\nu _{e},e$ ) და მიუონური ( $\nu _{\mu },\mu$ ) ქვეჯგუფების ანალოგიურია.