Спланируйте эксперимент следующим образом: источник нейтрино дает только нейтрино, а детектор чувствителен только к антинейтрино. Если вы получите сигнал, это докажет, что нейтрино сами по себе античастицы. Если бы что-то настолько простое сработало, я думаю, это уже было бы сделано. Так почему же это не работает (или работает?), и мы должны полагаться на поиски безнейтринного двойного бета-распада?
Мы знаем, что нейтрино и антинейтрино существуют, и между ними можно отличить. Например, в детекторе заряженного тока электронные нейтрино вызывают следующую реакцию:
в то время как электронные антинейтрино вызывают эту реакцию:
А детекторы могут легко различать электроны и позитроны, поэтому они могут легко отличить нейтрино от антинейтрино.
В вашем эксперименте вы испускаете пучок нейтрино, и детектор обнаружит только нейтрино, а не антинейтрино, но это не доказывает, что это разные частицы. Все нейтрино, испускаемые вашим детектором, имеют левостороннюю хиральность, в то время как все антинейтрино имеют правостороннюю хиральность. Вы можете изменить хиральность, заставив ваш детектор двигаться в том же направлении, что и испускаемые нейтрино, со скоростью, превышающей скорость движения нейтрино. Это означало бы, что левостороннее нейтрино в вашем кадре будет правосторонним в кадре детектора. Если бы вы сделали это и ваш детектор начал обнаруживать антинейтрино, вы бы доказали, что это одна и та же частица.
Но по понятным причинам это не практический эксперимент. Поскольку нейтрино очень легкие, они движутся почти со скоростью света, даже если имеют небольшую кинетическую энергию. Планирование эксперимента, в котором детектор двигался бы быстрее, чем нейтрино, было бы в лучшем случае сложной задачей!
Хорошо, что такие эксперименты проводились, и они ничего не видят. Но есть еще кое-что.
Источник нейтрино обеспечивает только левые нейтрино, их вращение направлено против направления их движения, потому что это делает слабое взаимодействие.
Детектор может быть чувствителен только к правым антинейтрино, спины которых направлены в направлении их движения, потому что это делает слабое взаимодействие.
Мы ничего не видим, но это могло быть только потому, что нейтрино имеют неправильную направленность, а не из-за разницы нейтрино/антинейтрино.
Так что это не доказано, и нам нужны эксперименты с двойным бета-распадом.
Потому что единственный способ убедиться в этом — нанести ядерный удар с орбиты , наблюдая за тем , как они уничтожают друг друга.
Традиционный способ для этого — взять несколько частиц, предпочтительно покоящихся или хотя бы в пучке, и несколько античастиц и сложить/сбросить их вместе. Затем вы можете наблюдать, как они аннигилируют друг друга, испуская два фотона с массой покоя частицы/античастицы.
Однако для нейтрино это очень трудно сделать. Вы не можете эффективно остановить их (по крайней мере, не менее чем световым годом или около того свинца). Вы едва можете сфокусировать их в луч (только сфокусировав частицы в луч, который затем распадается на нейтрино). В общем, вы едва заставите их взаимодействовать с обычным материалом, не говоря уже друг о друге (каждую секунду через ваше тело проходят триллионы нейтрино, подавляющее большинство из которых никогда не взаимодействует ни с одной частью вашего тела).
Другими словами, вам нужен процесс, в котором вы знаете, что должны выйти два нейтрино (два нейтрино, а не одно нейтрино и одно антинейтрино), а затем наблюдаете меньше этих процессов, чем вы наивно предполагали, если бы нейтрино не было. собственную античастицу. Потому что если они есть, то они могут аннигилировать до того, как вы их заметите. (На самом деле квантово-механические амплитуды деструктивно интерферируют, поэтому они даже не генерируют фотоны с массой покоя, а становятся полностью виртуальными частицами.)
Один из этих процессов (самый простой для понимания теоретически и тот, который чаще всего происходит в природе из-за всех этих происходящих радиоактивных распадов) — это двойной бета-распад, при котором испускаются два электрона и два антиэлектронных нейтрино. .
РБарриЯнг
Соломон Слоу