Открытие антинейтрино (2)

В результате опытов Райнеса и Коэна было показано, что антинейтрино действительно взаимодействует с протоном, что приводит к образованию в конечном состоянии нейтрона и позитрона.

ν+ p → e+ + n

Осложности выполненного эксперимента можно судить по следующим цифрам. В результате первой серии эксперимента, длившегося 200 часов, было зарегистрировано 567 событий, вызванных взаимодействием антинейтрино с протоном, при этом фон составлял 209 событий. Для величины сечения реакции захвата антинейтрино протоном было получено значение

σ(ν p) =10−43 см2,

что находилось в хорошем согласии с предварительными теоретическими оценками.

Пример

Определить длину L и время t пробега реакторного нейтрино в воде, воспользовавшись данными эксперимента Райнеса и Коуэна (1956 - 1959 г.г.), получившими для сечения взаимодействия

антинейтрино с веществом σ ≈10−43 см2.

Антинейтрино в реакторе рождается в реакции распада нейтрона

n → p +e− +νe .

Число нейтрино прошедших через слой вещества толщиной х,

N (x) = N (0) exp(−nσx),

n — количество ядер вещества в единице объема. Определим L как длину, на которой поток антинейтрино уменьшается в е раз, то есть L =1/ nσ

Всвою очередь n = ρNA / A, NA — число Авогадро,

ρ— плотность вещества, A — молярная масса. Для воды ρ =1 г/см3, A(H2 0) =18. Откуда

(1 год ≈3,156 107 с).

Мюон

Мюонное

нейтрино

Основныехарактеристики

электронногоантинейтрино

Тождественны лиveиve ?

Для выяснения вопроса являются ли νе и νе

тождественными частицами, был поставлен эксперимент по регистрации реакции

νe +n → p +e− (*)

Если νе и νе являются тождественными частицами,

то реакция (*) должна наблюдаться. Это следует из того, что имеют место реакции

νe +n → p +e− νe + p → n +e+ (**)

Обе реакции ((*) и (**)) при тождественности νе и νе

должны иметь одинаковые характерные для нейтрино (антинейтрино) сечения ≈ 10−43 см2.

Так как в природе нет нейтронных мишеней, эксперимент можно было поставить только на нейтронах, входящих в состав атомного ядра. В 1946 г. Б. Понтекорво предложил использовать для этой цели реакцию:

νе+ 37Cl → 37Ar + е− . (***)

Если процесс (*) возможен, то под действием потока антинейтрино от реактора один из нейтронов, входящих в состав ядра 37Cl, должен превращаться в протон, что приводит к образованию радиоактивного изотопа 37Ar с периодом полураспада 35.04 суток. Регистрируя радиоактивность изотопа 37Ar, можно судить о возможности протекания реакции (*).

необходимо было использовать большую массу мишени, так как в случае тождественности нейтрино и антинейтрино, сечение реакции должно было составлять ≈ 10−43 см2. В

качестве мишени использовалось около 4000 литров раствора четырехлористого углерода. Каждый сеанс облучения продолжался 2 месяца. Была разработана специальная методика извлечения радиоактивного изотопа 37Ar из огромного объема мишени. Выделенный 37Ar помещался затем в низкофоновый пропорциональный счетчик для регистрации его радиоактивности.

Реакция (***) не была зарегистрирована. Для величины измеренного сечения реакции νe + n → p +e− была получена

лишь верхняя оценка

σэксп(νe +n → p +e− ) < 0.25 10−44 см2,

что почти в 45 раз меньше ожидаемой величины сечения реакции, если бы нейтрино и антинейтрино были бы

имеют противоположные значения лептонного заряда Le .

Le (νe ) = +1, Le (νe ) = −1.