Нобелевская премия по физике — 2015

Физик Юрий Куденко о значении открытия наличия у нейтрино массы и дальнейших исследованиях в этой области, способных расширить Стандартную модель

06.10.2015
11 353
Нобелевскую премию по физике 2015 года получили Артур Макдональд и Такааки Каджита. Как объявил Нобелевский комитет, награды вручены «за открытие осцилляции нейтрино, показывающее, что у нейтрино есть масса». Мы попросили прокомментировать это событие доктора физико-математических наук Юрия Куденко.

Первый лауреат — Артур Макдональд — это руководитель эксперимента по исследованию солнечных нейтрино в нейтринной обсерватории Садбери (SNO) в Канаде. Второй ученый — японец Такааки Каджита. Он лидер проекта Супер-Камиоканде и в настоящее время директор Института космических исследований (ICRR) Токийского университета.

В чем состоит суть их открытий — один эксперимент, а именно SNO — это исследование солнечных нейтрино, а Супер-Камиоканде — это в первую очередь исследование атмосферных нейтрино. Канадский эксперимент подтвердил и решил проблему солнечных нейтрино, когда вопрос стоял, почему в предыдущих экспериментах (хлор-аргоновый в США и галлий-германиевые SAGE в России, ИЯИ РАН и GALLEX в лаборатории Гран Сассо, Италия) был обнаружен дефицит нейтрино. И вот детектор SNO показал, что это происходит за счет осцилляции нейтрино, то есть за счет наличия у нейтрино массы.

Следует особо подчеркнуть, что явление осцилляций нейтрино было предсказано в 60-е годы выдающимся физиком Бруно Максимовичем Понтекорво, который многие годы работал в ОИЯИ, Дубна. Эта гениальная идея определила развитие нейтринной физики на десятилетия и получила блестящее экспериментальное подтверждение — результат работы больших экспериментальных коллективов на протяжении многих лет.

Эксперимент Супер-Камиоканде, Япония, проводил независимые измерение с атмосферными нейтрино. И впервые продемонстрировал, что нейтрино переходит из одного типа в другое, и это возможно только при наличие у нейтрино массы. То есть оба эксперимента открыли фундаментальные явления, а именно наличие ненулевой массы нейтрино и явления смешивания между различными активными типами нейтрино: электронным, мюонным и тау нейтрино.

Почему это важно? Потому что Стандартная Модель предсказывает, что нейтрино — безмассовые частицы и открытие массы в значительной степени — это выход за рамки Стандартной Модели. И до сих пор ведь непонятно, почему у нейтрино есть масса, как она возникла, что является ее источником. Есть много теорий и предположений, но объяснений нет. Это носит фундаментальный характер, как понять, почему у нейтрино есть масса, — а она очень маленькая — почему она отличается от других массивных элементарных частиц? Как возникает такая масса стандартный Хиггсовский механизм объяснить не может. Нет объяснения природы смешивания нейтрино, которые в отличие от кварков сильно смешиваются между собой. Теория не может объяснить такое необычное смешивание активных нейтрино.

Изучение свойств нейтрино — это принципиально новое направление, заключающееся в исследовании новой физики за рамками Стандартной Модели, а сами нейтрино являются удивительной лабораторией для исследования этой физики. Следует также подчеркнуть еще одно фундаментальное явление. Мы знаем, что в микромире пространственная четность, Р, и зарядовая четность, С, не сохраняются. Это относится к слабым взаимодействиям. Также не сохраняется комбинированная четность, которая является произведением упомянутых выше четностей, или СР четность. Как мы говорим, происходит СР нарушение. Это явление открыто в кварковом секторе Стандартной Модели, но его величина недостаточна для объяснения одной из удивительных загадок Природы. Почему мы существуем? Почему существует окружающий нас мир, но не существует антимира? Это выражается в физическом понятии барионной асимметрии Вселенной, т.е. наличии барионов (вещества) и отсутствии антибарионов (антивещества). Возможно объяснение этого факта скрыто в нейтринном секторе. Как мы теперь знаем, массы нейтрино ненулевые, нейтрино смешиваются, то тогда возможно СР также нарушается в нейтринных осцилляциях. Если это происходит, то возможен совершенно удивительный прорыв, потому что вероятно это нарушение позволит нам объяснить эффект преобладания материи над антиматерией. Поиск СР нарушения в нейтринных осцилляциях в настоящее время является одной из самых фундаментальных задач, стоящих перед нейтринной физикой. И это возможно благодаря замечательному открытию нейтринных осцилляций, авторам которого А.Макдональду и Т.Каджита, сегодня присуждена Нобелевская премия. Нейтринная физика богата на сюрпризы, что делает эту область физики частиц исключительно интересной и привлекательной и можно надеяться, что новые открытия появятся сосем скоро.

доктор физико-матических наук, профессор, заведующий Отделом физики высоких энергиий Института ядерных исследований РАН, физик-экспериментатор в области физики элементарных частиц, лидер группы российских ученых в международной коллаборации Т2К
Узнал сам? Поделись с друзьями!
  • Владимир Горунович

    О том, что у нейтрино есть ненулевая величина массы покоя давно установила Полевая теория элементарных частиц, упорно не замечаемая некоторыми «физиками». Согласно данной теории, в природе существует всего два типа нейтрино: электронное и мюонное (тау-нейтрино является первым возбужденным состоянием мюонного нейтрино). Между этими элементарными частицами возможны реакции в соответствии с законами природы. Мюонное нейтрино может перейти из основного состояния в первое возбужденное в результате столкновения с другой элементарной частицей (например, одним из солнечных электронных нейтрино). Мюонное нейтрино является нестабильной элементарной частицей, в продуктах его распада обязательно должно присутствовать нечетное число электронных нейтрино-антинейтрино (следствие закона сохранения спина).
    А сказочки сочинять и выдавать их за триумф науки у нас хорошо научились.

  • Владимир Горунович

    Что касается Стандартной модели — ей требуется не расширение, а замена на Новую физику.

  • Vladislav Serebryakov

    Что насчет жизни после смерти? Душа из каких элементарных частиц?

  • Незнайка

    А гравитация? Действие которой неумолимо и повсеместно 🙂

  • Незнайка

    Прошу прощения за глупый вопрос, но интересует — если есть ненулевая величина, значить ли это, что нейтрино является «носителем» гравитации и подвержено гравитационному воздействию?

  • Владимир Горунович

    Любая элементарная частица, в том числе и любое нейтрино, создает вокруг себя гравитационное поле и взаимодействует с гравитационными полями других элементарных частиц. Кроме того, любое нейтрино взаимодействует с другими элементарными частицами своими электромагнитными полями. Про сказочку о слабых взаимодействиях лучше забыть — их наличие в природе не доказано.

  • Незнайка

    Тем и интересно с чего вдруг такая частица «нейтральна», т.е. до определенного порога она более чем вовлечена и взаимодействует являясь частью другого целого, а тут вдруг раз и всё. Вопрос еще, остальная часть без нейтрино какие свойства приобретает после отделения «нейтральной». И еще, каковы должны быть с-ва материи, что бы в ней нейтрино перестало быть «нейтральной» по отношении к ней.

    Есть и другой вопрос, это скорость распространения гравитационного поля и его границы у частицы (любой). Вот по этому вопросу даже не знаю, проводятся ли какие либо эксперименты. (грубо говоря, с какой бы скоростью частица не двигалась внешняя граница поля всегда равноудалена от центра частицы или же гравитация это нечто совсем иное и таким способом ее не измерить).

  • Владимир Горунович

    Нейтральность обоих нейтрино обусловлена их крайне малой величиной массы покоя, большими линейными размерами (больше любого атома) и вследствие этого низкими напряженностями его полей. Поэтому нейтрино видят атом как одно целое, а дипольное электрическое поле нейтрино начинает взаимодействовать с атомом тогда, когда у атома появляется электрический заряд – атом становится ионом. Поэтому нейтрино с легкостью проходят через обычное твердое вещество, а вот расплавленная лава планеты постепенно отбирает у них кинетическую энергию. Поскольку в наших телах присутствуют ионы солей, способные двигаться – солнечные электронные нейтрино также прогревают и нас, не разрушая наши атомы (но тут уже результат зависит от величины плотности потока энергии).

    Насчет остального – это задачи для физики 21 века. Пожелаю Вам успехов в их решении, на этом и прощаюсь.

    Владимир Горунович

  • Незнайка

    Спасибо, остаюсь со своими вопросами.
    И Вам удачи :).

    К частицам отношусь мене трепетно (для меня есть материнское тело и часть его, которое материнское тело сбрасывает для сохранения равновесности при изменении среды в которой она находится).

    Больше сейчас да, интересует гравитация, один из вопросов — это если в теории взрыва гравитационные вектора были сведены в одном месте, если так имело ли в-во в таком случае внешнее гравитационное поле и если да где граница была. (Еще более интересное началось после этого «взрыва», это разделение гравитационных векторов, но интересней другое — это то, что с того момента гравитационные связи не прерывались нигде и никогда).

    В отношении частиц, какую бы малую часть от другой частицы не оторвали она имеет свою гравитацию, факт сам по себе интересный, поскольку гравитационный потенциал частицы может оказаться расположен не где то в ее центре, например, а повсеместно.

  • Vladimir

    Зайди на пост «5 мифов о гравитации» может поможет.

  • Незнайка

    Глянул. Заскучал, извините. Как все то может описать уравновешенность системы Сатурн не увидел.

  • Vladimir

    Почему Сатурн? типа система Юпитер, или какая другая неуравновешенны? даже не в крайности, типа Плутон-Хорон. а в середину?

    Опубликовано материалов
    03586
    Готовятся к публикации
    +28
    Самое читаемое за неделю
  • 1
    ПостНаука
    12 325
  • 2
    ПостНаука
    3 731
  • 3
    Михаил Соколов
    2 478
  • 4
    Андрей Цатурян
    2 330
  • 5
    Татьяна Тимофеева
    2 289
  • 6
    Роман Бевзенко
    1 399
  • 7
    Сергей Афонцев
    1 349
  • Новое

  • 3 731
  • 620
  • 2 289
  • 1 349
  • 1 399
  • 2 478
  • 12 325
  • 2 330