Свойства нейтрино
Каждому заряженному лептону соответствует своя пара нейтрино/антинейтрино:
электронное нейтрино/электронное антинейтрино;
мюонное нейтрино/мюонное антинейтрино
тау-нейтрино/анти-тау-нейтрино
Масса нейтрино крайне мала. Верхняя экспериментальная оценка суммы масс всех типов нейтрино составляет всего 0,28 эВ[3][4]. Разница квадратов масс нейтрино разных поколений, полученная из осцилляционных экспериментов, не превышает 2,7·10−3 эВ².
Масса нейтрино важна для предположения объяснения феномена скрытой массы в космологии, так как, несмотря на её малость, возможно, концентрация нейтрино во Вселенной достаточно высока, чтобы существенно повлиять на среднюю плотность.
Если нейтрино имеют ненулевую массу, то различные виды нейтрино могут преобразовываться друг в друга. Это так называемые нейтринные осцилляции, в пользу которых свидетельствуют наблюдения солнечных нейтрино и угловой анизотропии атмосферных нейтрино, а также проведённые в начале этого века эксперименты с реакторными (см.KamLAND) и ускорительными нейтрино. Кроме того, существование нейтринных осцилляций напрямую подтверждено опытами в Садбери, в котором были непосредственно зарегистрированы солнечные нейтрино всех трёх сортов и было показано, что их полный поток согласуется со стандартной солнечной моделью. При этом только около трети долетающих до Земли нейтрино оказывается электронными. Это количество согласуется с теорией, которая предсказывает переход электронных нейтрино в нейтрино другого поколения как в вакууме (собственно «нейтринные осцилляции»), так и в солнечном веществе («эффект Михеева — Смирнова — Вольфенштейна»). Подтверждение нейтринных осцилляций потребует внесения изменений в Стандартную модель.
В экспериментах с рождением ультрарелятивистских частиц, нейтрино обладают отрицательной спиральностью, а антинейтрино — положительной.[5]
Существуют теоретические предпосылки, предсказывающие существование четвёртого типа нейтрино — стерильного нейтрино (англ.). Однозначного экспериментального подтверждения (эксперименты MiniBooNE (англ.), LSND (англ.)) их существования пока нет.
49. Систематика элементарных частиц. Кварковая модель адронов. Попытки обнаружения кварков.
элементарные частицы - первичные, неразложимые частицы, из которых, по предположению, состоит вся материя. Всего их более 350 (протоны, электроны, мюоны и др.). В зависимости от времени жизни частицы делятся на стабильные (электрон, протон, фотон и нейтрино), квазистабильные (распадающиеся при электромагнитном и слабом взаимодействиях) и резонансы (частицы, распадающиеся за счет сильного взаимодействия).
В соответствии с четырьмя видами фундаментальных взаимодействий различают соответственно четыре вида элементарных частиц: адроны (мезоны - пионы и каоны, и барионы - нуклоны и гипероны), участвующие во всех взаимодействиях, лептоны (электрон, мюон,электронное нейтрино, мюонное нейтрино), не участвующие только в сильном (а нейтрино и в электромагнитном), фотон, участвующий только только в электромагнитном взаимодействии, и гипотетический гравитон - переносчик гравитационного взаимодействия.
Гипотеза о том, что адроны построены из
более элементарных частиц – кварков,
была выдвинута Дж. Цвейгом (G. Zweig) и
независимо М. Гелл-Манном (M. Gell-Mann) в 1964
г. Согласно кварковой модели адронов,
мезоны состоят из кварка и антикварка,
символически 
;
а барионы – из трех кварков, символически 
.
Кварковый состав некоторых адронов
приведен в таблице 2, а характеристики
кварков – в таблице 3.
Таблица 2
Кварковый состав некоторых адронов
Мезоны |
Барионы |
|||
p + |
p - |
p 0 |
Протон p |
Нейтрон n |
|
|
|
uud |
udd |
От всех других элементарных частиц кварки отличаются тем, что в свободном состоянии они, по-видимому, не существуют, хотя имеются убедительные экспериментальные доказательства их существования в связанном состоянии внутри адронов. Эта особенность кварков связана с природой их взаимодействия, происходящего с помощью обмена особыми частицами, глюонами (от английского glue – клей) и приводящего к тому, что силы притяжения между кварками не ослабляются с расстоянием, а, наоборот, растут. Как следствие, для отделения кварков друг от друга требуется бесконечно большая энергия.
Поиски К. проводились в космических лучах (См. Космические лучи), на ускорителях высокой энергии, а также физико-химическими способами в окружающей среде. Все они оказались безуспешными. Однако нельзя считать, что результаты этих опытов окончательно опровергают гипотезу с существовании К. — они лишь устанавливают пределы для величины возможной массы К. и вероятности рождения К. в процессах сильного взаимодействия. Так, в опытах на Серпуховском ускорителе протонов с энергией 70 Гэв, в которых при столкновении протонов с нуклонами (протонами и нейтронами) мишени могли бы рождаться К., если бы их масса не превышала примерно 5 протонных масс (в энергетических единицах Кварки 5 Гэв), не было зарегистрировано ни одной частицы с зарядом — 1/3 или — 2/3. Это означает, что масса К., если они существуют, больше 5 Гэв или что вероятность рождения К., если их масса меньше 5 Гэв, по крайней мере в 1010 раз меньше вероятности рождения π-мезонов (которых за время опыта было зарегистрировано > 1010). Поиски К. в окружающей среде показали, что если К. и существуют, то концентрация их в веществе не превышает 10–18—10–20 от числа нуклонов, а по некоторым данным, этот предел может быть ещё меньше (10–24—10–30).
Наряду с гипотезой существования фундаментальных частиц с дробными зарядами выдвигалось предположение о существовании фундаментальных частиц с целыми зарядами (их называют иногда К. с целыми зарядами). Для объяснения закономерностей систематики адронов необходимо считать, что имеется несколько супермультиплетов фундаментальных частиц с целыми зарядами (например, 3 семейства по 3 частицы). Попытки их экспериментального обнаружения также оказались безрезультатными
51 Большой взрыв. Расширяющаяся вселенная. Реликтовое излучение.
Большо́й взрыв (англ. Big Bang) — космологическая модель, описывающая раннее развитие Вселенной[1], а именно — началорасширения Вселенной, перед которым Вселенная находилась в сингулярном состоянии.
Обычно сейчас автоматически сочетают теорию Большого взрыва и модель горячей Вселенной, но эти концепции независимы и исторически существовало также представление о холодной начальной Вселенной вблизи Большого взрыва. Именно сочетание теории Большого взрыва с теорией горячей Вселенной, подкрепляемое существованием реликтового излучения, и рассматривается далее.
Расширение Вселенной — явление, состоящее в почти однородном и изотропном расширении космического пространства в масштабах всей Вселенной. Экспериментально расширение Вселенной наблюдается в виде выполнения закона Хаббла. Началом расширения Вселенной наука считает так называемый Большой взрыв. Теоретически явление было предсказано и обосновано А. Фридманом на раннем этапе разработки общей теорией относительности из общефилософских соображений об однородности и изотропности Вселенной.
Рели́ктовое излуче́ние (лат. relictum — остаток)[1], космическое микроволновое фоновое излучение (от англ. cosmic microwave background radiation) — космическое электромагнитное излучение с высокой степенью изотропности и со спектром, характерным дляабсолютно чёрного тела с температурой 2,725 К.
Существование реликтового излучения было предсказано теоретически в рамках теории Большого взрыва. Хотя в настоящее время многие аспекты первоначальной теории Большого взрыва пересмотрены, основы, позволившие предсказать температуру реликтового излучения, остались неизменны. Считается, что реликтовое излучение сохранилось с начальных этапов существования Вселенной и равномерно её заполняет. Экспериментально его существование было подтверждено в 1965 году. Наряду с космологическим красным смещением, реликтовое излучение рассматривается как одно из главных подтверждений теории Большого взрыва.
52 Галактика (млечный путь) и метагалактика. Взаимодействие галактик.
Млечный Путь – это звездная система, в которой мы живем. Мы живем на планете Земля, которая обращается вокруг Солнца, а Солнце, в свою очередь, обращается вокруг центра этой звездной системы. Наша Галактика населена миллиардами звезд, которые живут и умирают, так же, как и люди, но жизнь их составляет миллионы и миллиарды лет. Из остатков звезд появляются туманности, в которых опять зарождаются звезды… Вокруг одной из таких звезд (Солнца) в 26000 световых годах от центра Галактики и возникла разумная жизнь, которая может наблюдать и изучать окружающий мир, изменения внутри Млечного пути и за его пределами. За последние 20 лет астрономия сделала большой шаг вперед, используя самые современные технологии для исследований Галактики в радио, инфракрасном, оптическом, рентгеновском и других диапазонах. Эти исследования позволили нам глубже понять строение и эволюцию Галактики. Что же представляет из себя наш звездный дом по современным представлениям?
Млечный Путь - огромная, гравитационно связанная система, содержащая около 200 миллиардов звезд (из которых лишь 2 миллиарда звезд доступно наблюдениям), тысячи гигантских облаков газа и пыли, скоплений и туманностей (см. рис. слева). Млечный Путь сжат в плоскости и в профиль похож на «летающую тарелку» (см. рис. справа). По геометрическим соображениям наш звездный остров состоит из трех основных частей:
1.Центральная часть Галактики (ядро), которая состоит из миллиардов старых звезд;
2.Относительно тонкий диск из звезд, газа и пыли диаметром 100000 световых лет и толщиной несколько тысяч световых лет;
3.Сферическое гало (корона), содержащее карликовые галактики, шаровые звездные скопления, отдельные звезды, группы звезд и горячий газ.
Кроме этого, Галактика содержит темную материю, которой гораздо больше, чем всего видимого вещества во всех диапазонах. Галактика вращается, но не равномерно всем диском. С приближением к центру эта скорость растет. Солнечная система делает оборот вокруг центра Галактики за 220 миллионов лет
Метагалактика - (греч. - то, что за галактикой) - часть бесконечной Вселенной, представляющая огромную, но конечнуюсовокупность галактик и их систем. Ныне для изучения доступна область М., включающая примерно миллиард галактик. Астрономией установлено, что галактики взаимно удаляются со скоростями, пропорциональными расстоянию между ними, существует специфич. радиоизлучение, равномерно заполняющее всю доступную исследованию область М. Из этих фактов вытекает, что 15—18 млрд. лет назад имел место грандиозный взрывной переход материи («большой взрыв») из сверхплотного и сверхгорячего состояния в то состояние , которое наблюдается ныне, и началось расширение М. Отождествление теологами «большого взрыва» с божеств, сотворением мира несостоятельно, ибо М. - лишь один из элементов бесконечной Вселенной, но не весь мир; существующее состояние материи М. возникло не из ничего, а из сверхплотного и сверхгорячего состояния ее, сам взрывной переход осуществился в соответствии с естеств. законами природы.
Взаимодействующие галактики — галактики, расположенные в пространстве достаточно близко, чтобы взаимная гравитация существенно влияла на форму, движение вещества и звёзд, на процессы звездообразования, а в некоторых случаях и на обмен веществом между галактиками. Для взаимодействующих галактик характерно наличие «хвостов», «мостов» и выбросов вещества.[1]
53-54
Элементы астрофизики: строение вселенной, Большой взрыв, эволюции язвезд
