Обычный способ, которым физики описывают нейтрино, заключается в том, что они имеют очень небольшую массу, что означает, что они движутся со скоростью, близкой к скорости света. Вот цитата из Википедии, которая также отражена во многих учебниках:
В рамках стандартной модели физики элементарных частиц долгое время предполагалось, что нейтрино не имеют массы. Таким образом, согласно специальной теории относительности, они должны двигаться точно со скоростью света. Однако с момента открытия нейтринных осцилляций предполагается, что они обладают небольшой массой. 1 Таким образом, они должны двигаться немного медленнее скорости света... -- Википедия (Измерения скорости нейтрино)
Взятый за чистую монету, этот язык очень вводит в заблуждение. Если у частицы есть масса (независимо от того, насколько она мала), ее скорость совершенно относительна, и говорить, что нейтрино движутся со скоростью, близкой к скорости света, без оговорок так же неправильно, как говорить, что электроны или бильярдные шары движутся со скоростью, близкой к скорости света. легкий.
Так в чем причина того, что все повторяют это описание? Не потому ли, что все нейтрино, которые мы обнаруживаем на практике, движутся со скоростью, близкой к скорости света? Если да, то у меня такой вопрос:
Нейтрино приходят к нам со всех сторон и из всевозможных источников (звезды, ядерные реакторы, ускорители частиц и т. д.), и, поскольку они имеют массу, как и электроны, я бы подумал, что мы должны увидеть их движущимися с самыми разными скоростями. . (Наверняка какие-то космические источники нейтрино удаляются от Земли с очень большой скоростью, например. Или как насчет нейтрино, испускаемых частицами в ускорителях?)
Итак, как я сказал в начале: где все медленные нейтрино? И почему мы увековечиваем вводящую в заблуждение фразу: «близка к скорости света» (т.е. без контекстуальной квалификации)?
Строго говоря, утверждение, что нейтрино движутся со скоростью, «близкой к скорости света», действительно неверно. Как вы сказали, поскольку они имеют массу, с ними можно обращаться так же, как с любым другим массивным объектом, например, с бильярдными шарами. И как таковые они путешествуют только со скоростью света относительно чего-либо. По отношению к другому движущемуся вместе с ним нейтрино оно будет находиться в состоянии покоя.
Однако это утверждение остается верным почти для всех практических целей. И даже не важно, в какой системе отсчета вы смотрите на нейтрино. Причина в том, что нерелятивистское нейтрино ни с чем не взаимодействует. Или, другими словами: все нейтрино, которые вы можете обнаружить, обязательно должны иметь релятивистские скорости.
Позвольте мне уточнить. Поскольку нейтрино слабо взаимодействуют, их уже чрезвычайно трудно обнаружить, даже если они имеют высокие энергии (> ГэВ). Если вы переходите ко все более низким энергиям, сечение взаимодействия также уменьшается все больше и больше. Но есть еще один важный момент. Большинство процессов взаимодействия нейтрино имеют энергетический порог возникновения. Например, обратный бета-распад
в котором антинейтрино превращает протон в нейтрон и позитрон и который часто используется в качестве процесса обнаружения нейтрино, имеет порог энергии антинейтрино 1,8 МэВ. Нейтрон и позитрон более массивны, чем антинейтрино и протон, поэтому у антинейтрино должно быть достаточно энергии, чтобы произвести избыточную массу конечного состояния (1,8 МэВ). Ниже этой энергии (анти)нейтрино больше не может вступать в эту реакцию.
Реакцией с особенно низким порогом является упругое рассеяние на электроне в атоме. Для этого требуется только пороговая энергия порядка эВ (которая необходима, чтобы перевести электрон на более высокий атомный энергетический уровень). Но нейтрино с энергией эВ все равно было бы релятивистским!
Если предположить, что нейтрино имеет массу около 0,1 эВ, это все равно будет означать гамма-фактор . Чтобы нейтрино было нерелятивистским, оно должно иметь кинетическую энергию в диапазоне миллиэВ и ниже. Это ожидаемый энергетический диапазон нейтрино космического фона , оставшихся с самых ранних времен Вселенной. Они, так сказать, нейтринная версия Космического Микроволнового Фона. Так что нерелятивистские нейтрино не только существуют (согласно общепринятым космологическим моделям), но и повсюду вокруг нас. На самом деле их плотность на Земле В 50 раз больше, чем нейтрино от Солнца!
Ведутся большие споры о том, можно ли их когда-либо обнаружить экспериментально. Есть несколько предложений (и даже один эксперимент-прототип ), но есть разные мнения о практической осуществимости таких попыток. Единственный процесс, оставшийся для нейтрино при таких малых энергиях, — это нейтринный распад нестабильных ядер . Если у вас есть уже радиоактивный изотоп, то нейтрино как будто немного «подтолкнет» его к краю. -электрон, высвобождаемый при индуцированном распаде, тогда получит немного большую энергию, чем значение добротности спонтанного распада, и экспериментальная сигнатура будет крошечным пиком справа от нормального -спектр. Это все еще будет чрезвычайно редкий процесс, и большая проблема состоит в том, чтобы построить аппарат с достаточно хорошим энергетическим разрешением, чтобы пик можно было отличить от спектра нормального спонтанного ядерного распада (среди всего фона). Эксперимент Katrin пытается измерить конечную точку -спектр трития для определения массы нейтрино. Но при очень благоприятных обстоятельствах у них даже есть некоторый шанс обнаружить такую сигнатуру нейтрино космического фона.
TL;DR: На самом деле нерелятивистские нейтрино есть повсюду, но они настолько мало взаимодействуют, что кажется, что они вообще не существуют.
Экспериментальное обнаружение медленных нейтрино — действительно большая, но очень важная задача.
Космический фон нейтрино имеет температуру около 2К и, вероятно, состоит из нерелятивистских нейтрино для возможных масс покоя нейтрино - с плотностью около 340 см (все вкусы). Именно при такой низкой температуре именно по той причине, о которой вы говорите, - он излучался с красным смещением около .
Конечно, существуют косвенные доказательства существования этих нейтрино в космическом микроволновом фоне ( Фоллин и др., 2015 ), но усилия по прямому обнаружению этих нейтрино уже предпринимаются — см. Фаесслер и др. (2016) и КАТРИН .
Интересная мысль заключается в том, что если бы вы могли каким-то образом поставить свой аппарат на движущуюся платформу, то произошло бы заметное изменение C B эффективность обнаружения в направлении «вперед», если бы вы могли разогнаться до релятивистских скоростей. Я полагаю, что это сценарий, противоположный вашему вопросу - вы сделаете медленные нейтрино релятивистскими своим относительным движением.
Граф Иблис
Любопытный
Граф Иблис
Сноски по физике
пользователь107153
Любопытный
Любопытный
Дэвид З.
Селена Рутли
Гонки легкости на орбите