نوترینو

نوترینو (به انگلیسی: neutrino) یک ذره بنیادی است که از نظر الکتریکی خنثی بوده و به ندرت وارد برهمکنش می‌شود.^[۱] نوترینو به معنی «کوچک خنثی»، معمولاً با سرعتی نزدیک به سرعت نور حرکت می‌کند، از نظر الکتریکی خنثی بوده و قادر است از درون مواد تقریباً بدون هیچ برهمکنشی عبور نماید. نوترینو‌ها دارای جرم بسیار کوچک، اما غیر صفر هستند. نوترینو با حرف یونانی ν (نو) نمایش داده می‌شود.

از آنجایی که نوترینوها بار الکتریکی ندارند، تحت تاثیر نیروهای الکترومغناطیس قرار نمی‌گیرند. نوترینوها تنها تحت تاثیر نیروی هسته‌ای ضعیف که در مقایسه دارای بُرد بسیار کوتاه‌تری از نیروی الکترومغناطیس است، قرار می‌گیرند. لذا قادر هستند مسافت‌های بسیار طولانی را درون مواد بدون برهمکنش طی نمایند.

نوترینوها در ضمن واپاشی بتا، در واکنش‌های هسته‌ای مانند آنچه در خورشید و یا راکتورهای اتمی رخ می‌دهند و هچنین در اثر برخورد پرتوهای کیهانی با اتم‌ها ایجاد می‌گردند.

سه نوع یا «طعم» نوترینو وجود دارد: نوترینوهای الکترون، نوترینوهای میون و نوترینوهای تاو. همچنین هر یک از آن‌ها پادذره مربوط به خود بنام پادنوترینو دارند.

بیشتر نوترینوهایی که از زمین عبور می‌کنند، از خورشید صادر می‌شوند. در هر ثانیه از هر سانتی‌متر مربع زمین، در حدود ۶۵ میلیارد (۱۰^۱۰×۶٫۵) نوترینوی خورشیدی عبور می‌کند.^[۲]

انرژی گم شده در تابش پرتو بتا و ایده وجود نوترینو

هنگامی که جیمز چادویک تحقیقات خود را برروی پرتو بتا آغاز کرد، مصمم شد تا انرژی ذرات بتا را اندازه بگیرد. او از خود پرسید: آیا همگی آن‌ها با یک میزان انرژی بیرون می‌آیند، یا انرژی آن‌ها توزیع شده است؟ رادرفورد دیگر پژوهشگران کوشیده بودند تا به این پرسش پاسخ دهند، ولی نتایج گمراه کننده بود. چادویک به منظور اندازه‌گیری انرژی و مقدار حرکت الکترون‌هایی که از رادیوم خارج می‌شدند، آزمایشی طراحی کرد که در آن آهنربایی ذرات را از مسیر منحرف می‌کرد و با اندازه‌گیری میزان انحراف توانست مقدار حرکت را بدست آورد. وی از یک شمارشگر تخلیه الکتریکی شبیه شمارشگر گایگر استفاده کرد. اهمیت کشف چادویک این بود که نتایج آزمایش‌های او نشان می‌دادند اصل پایستگی انرژی دیگر رعایت نمی‌شود. برهمکنش مربوطه چنین بود:

A اتم رادیواکتیو پیش از واپاشی و B همان اتم بعد از واپاشی است.انرژی این الکترون می‌تواند از تقریباً صفر تا یک حداکثر معین باشد. انرژی کلی A، منجمله انرژی جرم سکون آن، باید با کل انرژی B برابر باشد. چنانکه دیده شد نسبت انرژی B به انرژی الکترون برخی اوقات بسیار بالا و گاهی پایین است و تقریباً هیچ بستگی ندارد. پس در معادله موازنه ایجاد نمی‌شود. آیا ذره غیر قابل دیدی منتشر می‌شود؟
این آزمایش‌ها به دلیل جنگ جهانی اول متوقف شد. پس از جنگ فردی به نام چارلز الیس به گروه رادرفورد پیوست. او و ویلیام وستر روشی برای بدست آوردن انرژی‌ای که در گذار از A به B حاصل می‌شد، اندیشیدند. شگردشان این بود که بگذارند انرژی منتشر شده، استوانه بزرگی از سرب را که کاملاً عایق شده بود، گرم کرده و درجه حرارت سرب را با دستگاه حساس ترموکوپل که قادر است تغییرات کوچک دما را نشان دهد، اندازه بگیرند. نتیجه قطعیت داشت. هیچ عامل گرم کننده دیگری بیرون نمی‌آمد. این انرژی گمشده اثری از خود باقی نمی‌گذاشت و توضیحی وجود نداشت. مسئله انرژی گم شده در تابش پرتو بتا چنان شدت گرفت که در سال ۱۹۲۹ نیلز بور پیشنهاد کرد که شاید اصل پایستگی انرژی در حوزه هسته بکار نیاید.
توضیح انرژی گمشده باید در انتظار ولفگانگ پائولی باقی می‌ماند. او نمی‌توانست عقیده بور مبنی بر فرو ریختن اصل پایستگی را بپذیرد و برای گذر از این تنگنا در سال ۱۹۳۰ وجود ذره جدیدی را پیشگویی کرد که از این برهمکنش بیرون می‌آید و از خود در کالریمتر الیس نه مسیری و نه حرارتی باقی می‌گذارد. این ذره بایستی بدون بار و برخوردار از قدرت نفوذ بالا باشد. بدینسان پائولی ذره‌ای را که انریکو فرمی بعدها نوترینو نام گذاشت، پیشگویی کرد. به این ترتیب، واکنش واپاشی بتا چنانکه در سال ۱۹۳۹ فرمی آن را به چاپ رسانید، چنین است:

۲۵ سال باید می‌گذشت تا نوترینو مستقیماً ردیابی شود. اما خیلی پیش از آن ایده وجود نوترینو به طورکلی به سبب استفاده از اصل پایستگی انرژی، غیر مستقیم پذیرفته شده بود.^[۳]

امروزه رابطه فوق را در واپاشی بتا (نوع ⁻β) به شکل زیر می‌شناسیم که در آن یک نوترون (n) به یک پروتون (p)، یک الکترون (e ⁻ ) و یک پادنوترینوی الکترونی ( ) واپاشی می‌کند:

پادنوترینوها اولین بار بواسطه برهمکنش آن‌ها با پروتون‌ها در یک مخزن ۲۰۰ لیتری آب در آزمایش کوان و راینز در سال ۱۹۵۶ شناسایی شدند. در این آزمایش فرض براین بود که در واپاشی بتا، پادنوترینوی الکترونی ( )، با پروتون (p) وارد برهمکنش شده و باعث بوجود آمدن یک نوترون (n) و یک پوزیترون (e ⁺ ) (پادذره الکترون) می‌شوند:

در این آزمایش چشمه نوترینوها راکتور هسته‌ای نیرومندی بود که در آن نوترینوها در ضمن واپاشی بتا از شکافت اورانیوم، به میزان ۱۰^۱۳×۵ نوترینو در هر ثانیه و در هر سانتی‌متر مربع تولید می‌شدند.^[۴] بعد از ماه‌ها آزمایش، آن‌ها در حدود سه نوترینو در هر ساعت را توسط آشکارسازهای خود که تعداد آنها ۱۱۰ عدد بود، شناسایی کردند.

تاریخچه کشف نوترینو

تاریخچه کشف نوترینو، بطور خلاصه بدین قرار است:

• در سال ۱۹۱۴ جیمز چادویک به مسئله ابهام‌آمیز مربوط به انرژی حرکتی ذراتی که از مواد رادیواکتیو صادر می‌شدند، برخورد کرد.
• در سال ۱۹۳۰ ایده نوترینو هنگامی بدنیا آمد که ولفگانگ پاولی چاره‌ای برای حفظ اصل پایستگی انرژی در تولید ذرات بتا اندیشید. پاولی هنگامی که برای نخستین بار تئوری خود را عرضه داشت، نوترون هنوز کشف نشده بود!
• در سال ۱۹۳۲ چادویک موفق به کشف نوترون گردید و در سال ۱۹۳۳ کارل دیوید آندرسون اولین پادذره یعنی پوزیترون را کشف نمود.
• در سال ۱۹۵۶، ۲۵ سال پس از اینکه پاولی امکان وجود نوترینو را پیشنهاد کرده بود، و ۴۲ سال پس از اینکه ابهامات مربوط به پرتو بتا مطرح گردید، کلاید کوان و فردریک راینز رسماً اعلام کردند که وجود نوترینو بالاخره به اثبات رسید.
• در سال ۱۹۶۲ دومین نوع نوترینو یعنی نوترینوهای میون کشف گردیدند.
• در سال ۱۹۶۸ برونو پونته‌کورو و ولادیمیر گیربف در پی ابهامات بوجود آمده در اندازه‌گیری تعداد نوترینوهای خورشیدی عبوری از زمین، بیان نمودند که اگر نوترینوها دارای جرم غیر صفر باشند آنگاه می‌توانند از یک نوع به نوع دیگر تغییر نمایند.^[۵] بنابراین نوترینوهای خورشیدی گمشده،‌ می‌توانند نوترینوهای الکترونی باشند که در طول مسیر خود به سوی زمین به نوعی دیگر تغییر یافته‌اند و از دید آشکارسازها پنهان می‌مانند. تا پیش از این عقیده عمومی بر این رایج بود که نوترینوها دارای جرم صفر هستند.
• در سال ۱۹۷۸ نیاز به وجود نوع سوم آن بنام نوترینوهای تاو اعلام شد. ولی تا ۱۹۹۸، یعنی تا ۲۰ سال پس از آن، مشاهده آن هنوز امکان‌پذیر نشده بود.
• در سال ۱۹۹۸ تیم تحقیقاتی سوپر کامیوکانده خبر از قرائن و شواهدی درباره نوترینوهایی بدون جرم صفر دادند.^[۶]
• در سال ۲۰۱۰ تیم تحقیقاتی INFN در گرن‌ساسو ایتالیا، که بر روی آشکارساز اپرا کار می کنند، مشاهده کردند که تعدادی از نوترینوهایی که از سرن گسیل شدند و از نوع نوترینوی میونی بودند، در طول سفر از لابراتوارهای سرن واقع در ژنو با عبور از تونلی به طول ۷۳۰ کیلومتر، به نوترینوهای تاو تبدیل شدند (نوسان کردند و تغییر طعم دادند). نتایج این نوسان اثبات کرد که حداقل یکی از این سه نوع نوترینو می‌تواند جرم داشته باشد.^[۷]
• در سال ۲۰۱۱ تیم تحقیقاتی آشکارساز اپرا اعلام نمودند که مشاهدات آن‌ها نشان می‌دهد که سرعت نوترینوها از سرعت نور نیز فراتر می‌روند. با این وجود، تیم تحقیقاتی سرن در یافته خود محتاط هستند و آن را به بوته آزمایش دیگر دانشمندان گذاشته‌اند.

پادنوترینو

پادنوترینو پادذره نوترینو است که در واپاشی بتا ایجاد شده و از نظر بار الکتریکی خنثی است. مشاهدات مربوط به نوسان نوترینو نشان داده است که پادنوترینوها دارای جرم هستند.
از آنجایی که نوترینوها و پادنوترینوها ذرات خنثی هستند، این امکان وجود دارد که هردوی آن‌ها در واقع یک ذره باشند. ذراتی که دارای چنین مشخصه‌ای هستند، به عنوان ذرات مایورانا شناخته می‌شوند. اگر نوترینوها ذرات مایورانا باشند آنگاه واپاشی بتای دوتایی بدون نوترینو امکان‌پذیر خواهد بود.

سرعت نوترینو

پپش از ظهور ایده <a title="نوسان نوترینو (صفحه وجود ندارد)" href="http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D9%86%D9%88%D8%B3%D8%A7%D9%86_%D9%86%D9%88%D8%AA%D8%B1%DB%8C%D9%86%D9%88&action=edit&redlink=1&preload=%D8%A7%D9%84%DA%AF%D9%88:%D8%A7%DB%8C%D8%AC%D8%A7%D8%AF+%D9%85%D9%82%D8%A7%D9%84%D9%87/%D8%A7%D8%B3%D8%AA%D8%AE%D9%88%D8%A7%D9%86%E2%80%8C%D8%A8%D9%86%D8%AF%DB%8C&editintro=%D8%A7%D9%84%DA%AF%D9%88:%D8%A7%DB%8C%D8%AC%D8%A7%D8%AF+%D9%85%D9%82%D8%A7%D9%84%D9%87/%D8%A7%D8%AF%DB%8C%D8%AA

نظرات شما عزیزان:

کاظم

ساعت13:39---6 بهمن 1390

سلام امیر . وبلاگ خیلی خوبی داری.امیدوارم رو به روز وبلاگت پرمحتوا بشه.

امیر

ساعت13:14---15 دی 1390

[وب سایت]

به به داداش....ممنون

نام :

آدرس ایمیل:

وب سایت/بلاگ :

متن پیام:

نظر خصوصی

 کد را وارد نمایید:

 

 

 

عکس شما

آپلود عکس دلخواه: