Свойства нейтрино. - презентация, доклад, проект скачать

Нажмите для полного просмотра!

Содержание ▲

Вы можете ознакомиться и скачать презентацию на тему Свойства нейтрино.. Доклад-сообщение содержит 27 слайдов. Презентации для любого класса можно скачать бесплатно. Если материал и наш сайт презентаций Mypresentation Вам понравились – поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте в закладки в своем браузере.

Слайды и текст этой презентации

Слайд 1

Описание слайда:

Физика атома, атомного ядра и элементарных частиц 51.(1). Свойства нейтрино.

Слайд 2

Описание слайда:

Характер бета-спектров Измерения энергии электронов, вылетающих при бета-распаде, показали, что в отличие от аль- фа-распада энергии электронов не являются определенными, а лежат в интервале от 0 до энер- гии Te max  E. Распределение электронов по энергиям при бета-распаде называется бета-спектром. Примерный вид простого бета-спектра (например, при распаде нейтрона) изображен на рисунке.

Слайд 3

Описание слайда:

Бывают бета-спектры более сложной формы, но об- Бывают бета-спектры более сложной формы, но об- щими свойствами всех бета-спектров являются, во- первых, их плавность (т.е. отсутствие острых пиков), и, во-вторых, наличие максимальной энергии Te max, на которой спектр обрывается. Эти свойства бета- спектра являются прямым следствием образования при бета-распаде двух частиц: электрона и нейтрино, (а не одной, как при альфа-распаде). Поэтому энергия E распределяется между электроном и нейтрино слу- чайным образом (часть энергии уносит ядро отдачи, но эта доля еще меньше, чем при альфа-распаде, из- за очень большой разницы в массах между электро- ном и нейтрино с одной стороны и ядром с другой), а при распаде большого числа одинаковых ядер проис- ходит статистическое усреднение, что и дает наблю- даемый непрерывный бета-спектр.

Слайд 4

Описание слайда:

Крайняя левая точка этого спектра (Te = 0) соот-ветствует пределу, когда почти вся энергия уно-сится нейтрино, а крайняя правая (Te max  E) - когда почти вся энергия уносится электроном. В настоящее время, когда факт образования ней-трино при бета-распаде надежно установлен, эти свойства бета-спектра выглядят простыми и очевидными. Однако в 20-е годы XX века, когда изучение бета-распада только начиналось и о существовании нейтрино ничего не было из-вестно, объяснение непрерывного характера бета-спектра вызвало большие трудности. Крайняя левая точка этого спектра (Te = 0) соот-ветствует пределу, когда почти вся энергия уно-сится нейтрино, а крайняя правая (Te max  E) - когда почти вся энергия уносится электроном. В настоящее время, когда факт образования ней-трино при бета-распаде надежно установлен, эти свойства бета-спектра выглядят простыми и очевидными. Однако в 20-е годы XX века, когда изучение бета-распада только начиналось и о существовании нейтрино ничего не было из-вестно, объяснение непрерывного характера бета-спектра вызвало большие трудности.

Слайд 5

Описание слайда:

Высказывались различные гипотезы, вплоть до отказа от закона сохранения энергии, пока, наконец, в 1931 году В. Паули не предложил гипотезу об обра-зовании при бета-распаде неизвестной тогда новой частицы - нейтрино - с очень необычными свойствами. Более 20 лет существование нейтрино оставалось ги-потезой. Прямой опыт по обнаружению нейтрино был осуществлен только в 1953 году. Высказывались различные гипотезы, вплоть до отказа от закона сохранения энергии, пока, наконец, в 1931 году В. Паули не предложил гипотезу об обра-зовании при бета-распаде неизвестной тогда новой частицы - нейтрино - с очень необычными свойствами. Более 20 лет существование нейтрино оставалось ги-потезой. Прямой опыт по обнаружению нейтрино был осуществлен только в 1953 году.

Слайд 6

Описание слайда:

Рассматривая внимательно особенности бета-распада, можно найти очень важные свойства нейтрино. Во-первых, из закона сохранения за-ряда следует, что электрический заряд нейтри-но равен нулю. Во-вторых, при бета-распаде массовое число не меняется. Отсюда следует, что характер спина образовавшегося ядра (це-лый или полуцелый) должен сохраниться. Т.к. спин электрона полуцелый (равен 1/2 ћ), то спин нейтрино также должен быть полуцелым, т.е. нейтрино принадлежит к классу ферми-час-тиц. Детальное изучение формы бета-спектра показывает, что спин нейтрино, как и спин элек-трона, равен 1/2 ћ. Рассматривая внимательно особенности бета-распада, можно найти очень важные свойства нейтрино. Во-первых, из закона сохранения за-ряда следует, что электрический заряд нейтри-но равен нулю. Во-вторых, при бета-распаде массовое число не меняется. Отсюда следует, что характер спина образовавшегося ядра (це-лый или полуцелый) должен сохраниться. Т.к. спин электрона полуцелый (равен 1/2 ћ), то спин нейтрино также должен быть полуцелым, т.е. нейтрино принадлежит к классу ферми-час-тиц. Детальное изучение формы бета-спектра показывает, что спин нейтрино, как и спин элек-трона, равен 1/2 ћ.

Слайд 7

Описание слайда:

Наконец, из того факта, что нейтрино не ионизи- Наконец, из того факта, что нейтрино не ионизи- рует атомов вещества, через которое оно проле- тает, следует, что магнитный момент и масса этой частицы либо очень малы либо равны нулю. Как в настоящее время установлено, сечение взаимо- действия нейтрино с ядром   10-47 м2, поэтому средний пробег этой частицы в твердом или жид- ком веществе (n  1028 м-3) равен м = 1016 км, (34.1) т.е. на много порядков больше, чем диаметр Зем-ли. Поэтому вероятность регистрации нейтрино любым детектором разумных размеров (поряд-ка 10 м) ничтожно мала, и, следовательно, об-наружить какой-то эффект от нейтрино можно только при наличии мощных потоков этих частиц (например, от ядерного реактора).

Слайд 8

Описание слайда:

Опыт Аллена (Allen J., 1942г) Первый опыт по доказательству существования нейтрино носил не прямой, а косвенный характер. В эксперименте использовался радиоактивный изотоп бериллий-7, который в результате e-захва- та превращается в литий-7: Явление e-захвата отличается от - и +-распадов тем, что при e-захвате из ядра вылетает только одна частица - нейтрино, и в этом случае нейтри- но и ядро отдачи должны иметь определенные значения энергии и импульса, которые легко подс- читать.

Слайд 9

Описание слайда:

Действительно, закон сохранения энергии имеет вид: Действительно, закон сохранения энергии имеет вид: (34.2) (энергия нейтрино связана с импульсом ультрарелятивистским соотношением E = pc, т.к. масса покоя нейтрино близка к нулю, а кинетическая энергия ядра отдачи связа-на с импульсом нерелятивистской форму-лой).

Слайд 10

Описание слайда:

Из закона сохранения импульса следует, что Из закона сохранения импульса следует, что (34.3) Учтем, что из-за огромной разницы в массах меж-ду нейтрино и ядром отдачи почти всю энергию EK, выделяющуюся при e-захвате, уносит нейт-рино: Тогда (34.4) Кинетическую энергию ядра отдачи можно изме-рить непосредственно, причем, как показывает формула (34.4), в эксперименте выгодно ис-пользовать легкие ядра.

Слайд 11

Описание слайда:

Схема опыта Аллена изображена на рисунке. Источник S представ- лял собой платиновую пластинку, на которую был нанесен тонкий слой бериллия-7. Энергия EK, вы- деляющаяся в процессе e-захвата, равна: EK = Eсв(7Li3) - Eсв(7Be4) + mp - mn + me = 0.86 Мэв. Зная EK, по формуле (34.4) легко вычислить кине- тическую энергию ядра лития: получается 57 эв. Этой энергии достаточно для того, чтобы ион ли- тия вылетел из пластинки; его надо зарегистриро- вать и измерить его энергию. Для этого в опыте Аллена использовалась система из двух сеток С1 и С2 и детектор (счетчик Гейгера).

Слайд 12

Описание слайда:

Между источником S и сеткой С1 создавалось ус- Между источником S и сеткой С1 создавалось ус- коряющее напряжение 100-200 В, между сетками С1 и С2 - переменный задерживающий потенциал, а между сеткой С2 и детектором - ускоряющий по- тенциал 3.6 кВ. Ионы лития втягивались сеткой С1 в пространство между сетками, тормозились в этом пространстве, а те ионы, которым хватало энергии преодолеть задерживающий потенциал между сетками, пролетали сквозь сетку С2 и ре- гистрировались детектором. Анализируя зависи- мость скорости счета детектора от задерживаю- щего потенциала между сетками, можно опреде- лить максимальную энергию ядер лития; она ока- залась равной 56.6  1 эв, что очень хорошо сог- ласуется с теоретической оценкой 57 эв.

Слайд 13

Описание слайда:

Прямой опыт по обнаружению нейтрино был осу- Прямой опыт по обнаружению нейтрино был осу- ществлен в 1953 году Ф.Рейнесом и К.Коуэном (Rei- nes F., Cowan C., США), после того, как были постро- ены ядерные реакторы, являющиеся мощными ис- точниками нейтрино. Поток антинейтрино составляет (вблизи реактора за толстой стеной, защищающей от нейтронов и гамма-квантов, но легко проницаемой для нейтрино) примерно 1019 частиц на 1см2 в секун- ду. В эксперименте Рейнеса и Коуэна регистрирова- лась реакция (34.5) которую можно рассматривать как реакцию, обрат- ную распаду нейтрона. (Эта реакция возможна, если энергия антинейтрино превышает 1.8 Мэв - на эту величину масса нейтрона и позитрона превышает массу протона).

Слайд 14

Описание слайда:

Опыты Рейнеса и Коуэна (1953-1958гг). 1, 2 - баки-детекторы, 3- фотоумножители (ФЭУ), 4 - элек-тронная аппаратура, 5 - двухлучевой осциллограф 6 - свинцово-парафиновый экран.

Слайд 15

Описание слайда:

Установка содержит баки- Установка содержит баки- детекторы 1 и 2 объемом по 1400 литров, заполнен- ные жидким сцинтиллято- ром с высоким содержани- ем водорода и обогащен- ные водным раствором соли кадмия CdCl2. Для защиты от нейтронного и гамма-излучения уста- новка была заключена в свинцово-парафиновый экран 6 и помещена глубоко под землю; там она и облучалась потоком антинейтрино от ядерного реактора.

Слайд 16

Описание слайда:

Позитрон, возникающий в Позитрон, возникающий в результате реакции (34.5) через короткое время (по- рядка 10-8 с) аннигилиро- вал с электроном с обра- зованием двух гамма- квантов, которые регист- рировались ФЭУ, вклю- ченными в схему совпадений (два нижних ФЭУ на рисунке). Нейтрон, возникавший в той же реакции, замедлялся в результате столкновений с протона- ми и примерно через 10 мксек поглощался кадми- ем с испусканием гамма-квантов, которые также регистрировались ФЭУ.

Слайд 17

Описание слайда:

Сигналы с ФЭУ с помощью электронной аппарату- Сигналы с ФЭУ с помощью электронной аппарату- ры 4 подавались на вход двухлучевого осциллог- рафа 5. Критерием было появление двух скорре- лированных импульсов, сдвинутых по времени на 10 мксек (время движения нейтрона). Бак-детек- тор 2, включенный на антисовпадения с детекто- ром 1, предназначался для регистрации (и отсече- ния) фона космических лучей, которые могли про- никнуть сквозь экран 6. В процессе длительной (около 1400 часов, т.е. около полугода) работы ус- тановки регистрировались примерно 3 события в час. Для повышения точности была проведена се- рия калибровочных измерений.

Слайд 18

Описание слайда:

Нейтрино и антинейтрино Т.к. нейтрино не имеет электрического заряда, то заранее не очевидно, что у нейтрино есть анти-частица. Проверить это можно только экспери-ментально. Идея опыта заключается в следую-щем. Известно, что изотоп аргон-37 является бета-радиоактивным: он испытывает e-захват с периодом полураспада ок. 35 суток: 37Ar18 + e–  37Cl17 + e. (34.6)

Слайд 19

Описание слайда:

При e-захвате образуется нейтрино, а при элект-ронном распаде - антинейтрино. Если нейтрино и антинейтрино тождественны, тогда при облу-чении мишени, содержащей ядра хлора-37 как потоком нейтрино, так и потоком антинейтрино возможна обратная реакция - образование ядер аргона-37: При e-захвате образуется нейтрино, а при элект-ронном распаде - антинейтрино. Если нейтрино и антинейтрино тождественны, тогда при облу-чении мишени, содержащей ядра хлора-37 как потоком нейтрино, так и потоком антинейтрино возможна обратная реакция - образование ядер аргона-37: e + 37Cl17  37Ar18 + e– (34.7) Опыт был впервые поставлен Девисом (Davis R., 1955 г), а затем повторен в 1956, 1957 и 1959 гг с последовательным улучшением точности экс-перимента.

Слайд 20

Описание слайда:

В качестве хлорной мишени был использован че- В качестве хлорной мишени был использован че- тыреххлористый углерод объемом 117 000л. В ре- зультате было обнаружено, что реакция (34.7) под действием нейтрино действительно идет, а анало- гичная реакция под действием антинейтрино: e + 37Cl17 37Ar18 + e– (34.8) не наблюдается. Различие между нейтрино и ан- тинейтрино выражается сохраняющимся лептон- ным зарядом Le. У нейтрино, так же как у электро- на, заряд Le = +1, у антинейтрино и у позитрона, Le = –1. Поэтому при электронном распаде вместе с электроном рождается антинейтрино, а при позит- ронном - нейтрино, так что суммарный заряд Le остается равным нулю. При электронном захвате исчезает электрон и рождается нейтрино, поэтому заряд Le остается равным 1.

Слайд 21

Описание слайда:

Кроме лептонного заряда, Кроме лептонного заряда, нейтрино и антинейтрино отличаются друг от друга спиральностью. Спираль ностью называется знак проекции спина частицы на направление ее импульса: спиральность назы- вается положительной (или правовинтовой), если эта проекция положительна. Гольдхабер (Goldha- ber M., 1958 г.) экспериментально обнаружил, что спиральность нейтрино отрицательна (спин нап- равлен противоположно импульсу), а спираль- ность антинейтрино положительна (спин направ- лен по импульсу).

Слайд 22

Описание слайда:

Мюонное нейтрино Распад мюона (1957г): +  e+ + e + –  e– +e +  Тау-лептон и тау-нейтрино: Перл (Perl M.), 1975г: e– + e+  – + + +  + +  + –  – + + 

Слайд 23

Описание слайда:

Опыт Ледермана и Шварца (Lederman L., Schwartz M., 1962г) (доказательство e ) Мюонное нейтрино образуется при распаде:

Слайд 24

Описание слайда:

Масса нейтрино Опыт В.А.Любимова (1980г): 14эв  m  46 эв Современные оценки масс нейтрино: me < 3 эв, m < 0.19 Мэв, m < 18.2 Мэв.

Слайд 25

Описание слайда:

Солнечные нейтрино p + p  d + e+ + e , E = 0.42 Мэв (водородные нейтрино), 7Be4 + e–  7Li3 + e , E = 0.861 Мэв (бериллиевые нейтрино), 8B5  8Be4 + e+ + e , E = 14.06 Мэв (борные нейтрино). Каждую секунду Солнце испускает 1.81038 элект-ронных нейтрино. Плотность потока Солнечных нейтрино на Земле: водородные нейтрино: 6.011010 частиц/см2с, бериллиевые нейтрино: 0.471010 частиц/см2с, борные нейтрино: 5.81106 частиц/см2с.

Слайд 26

Описание слайда:

Опыты по обнаружению солнечных нейтрино Опыты Р. Девиса (с 1968 г): e + 37Cl17  37Ar18 + e– (37Ar18 + e–  37Cl17 + e ). Опыты М.Кошиба (с 1987 г): Упругое рассеяние нейтрино на атомарных электронах (электрон, двигаясь в воде со сверхсветовой скоростью, вызывает излучение Вавилова-Черенкова, регистрируемое фотоумножителями).

Слайд 27

Описание слайда:

Опыты по обнаружению солнечных нейтрино Опыты в Баксанской обсерватории (Россия) (с 1991 г): e + 71Ga31  71Ge32 + e– (71Ge32 + e–  71Ga31 + e). Опыты в Садбери (Канада) (с 1999 г): e + n  p + e–.

Теги Свойства нейтрино

Похожие презентации