Экспериментальная ядерная физика - Мухин К.Н.
ISBN 5-283-04076-3
Скачать (прямая ссылка):
Л J"** 10"12-НО-9.
Мы перечислили далеко не все возможные способы обнаружения т„Ф0. Но и в остальных тоже пока нет указаний на т^ФО. Опыт по исследованию правого края спектра электронов Р-распада 3Н по-прежнему остается единственным экспериментом, в котором для массы ve найдены пределы (см. § 18):
\1<т. ^40 эВ.
4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НЕЙТРИНО
Появление высокоинтенсивных источников электронных (реакторы) и мюонных (ускорители) нейтрино и развитие техники их детектирования позволяют планировать работы, которые еще совсем недавно казались фантастическими из-за огромной проникающей способности этих частиц. Перечислим и очень кратко охарактеризуем некоторые из этих проектов.
1. Поток ve, испускаемых ядерным реактором, пропорционален его тепловой мощности. Поэтому по количеству ve, зарегистрированных в единицу времени (после соответствующей калибровки прибора), можно судить о мгновенной мощности реактора и оперативно следить за ее изменением.
2. Известно, что энергетические спектры антинейтрино, испускаемых осколками деления 235 U и 239 Ри, различны — спектр от 239Ри несколько мягче. Поэтому по мере выгорания в реакторе 235 U и наработке 239Ри спектр ve слегка изменяется, что можно заметить по изменению энергии позитронов, образующихся при регистрации ve в реакции
206
Глава XVIII. Лептоны
Ve+p-+n + e + . (108.7)
Это позволяет судить об изменении соотношения 235 U и 239 Ри в процессе кампании реактора.
3. Сечение взаимодействия v с веществом линейно растет с энергией. Согласно теории Вейнберга — Салама этот рост должен продолжаться до Е$u-"xMwx90 ГэВ. Пересчет на
М2
л.с.к. дает Е"'е-Х =—-«4000 ГэВ. Сечение взаимодействия ней-
2тр
трино с веществом при Ev= 1 ГэВ равно 0,7 • 10 38 см2. Отсюда о\ (при ?,,=4000 ГэВ) равно 2,8 Ю-35 см2. При таком «большом» сечении становится реальной задача просвечивания земного шара по хорде с целью обнаружения полезных ископаемых, так как Земля перестает быть абсолютно прозрачной для нейтрино.
Действительно, средний свободный пробег нейтрино с ?у=4ТэВ
/=—=*„ Л ,п „*Ю13 см«108 км«104Д3ем. па 1022-2,8-10"35 Зем
Это означает, что при плотности потока iVv«104CM~2c_1 одно из них провзаимодействует при прохождении толщи земного шара. Количество взаимодействий зависит от сечения, т. е. от плотности вещества, которая различна у разных полезных ископаемых. Меняя направление пучка нейтрино, можно зондировать земной шар.
4. При помощи интенсивных потоков vM можно посылать сигналы подводным лодкам, находящимся на противоположной стороне Земли, а регистрируя ve от реактора атомной подводной лодки, можно попытаться ее обнаружить.
§ 109. Краткое заключение к гл. XVIII
В гл. XVIII описаны свойства заряженных и нейтральных лептонов и соответствующих им антилептонов:
е'-е+, ve-ve, ц~-ц+, v^-v,,, т~-т+, v,-vt.
Существование е, ц, т обоих знаков, а также ve, ve, vM и vM доказано экспериментально. В пределах точности эксперимента доказано также, что ve#vM, \\,#уи \>,,#уц. Существование vt и vt пока в прямом эксперименте не доказано, но подтверждается наличием двухчастичных схем распада т-лептонов. Эксперименты по оценке масс нейтрино дают /иу<18эВ,
§ 109. Краткое заключение к гл. XVIII
207
му < 0,25 МэВ, ffivt<35 МэВ. В одном эксперименте получено значение mv>#0. С точки зрения теории mv#0 ничем не запрещена и даже желательна.
Все лептоны участвуют в слабом (и гравитационном) взаимодействии. Это подтверждается значением сечения взаимодействия лептонов с нуклонами, а также значениями периодов полураспада. Электроны е~, позитроны е+ и все нейтрино v и антинейтрино v стабильны. Мюоны ц + и ]i~ за время тц«2,2 ¦ 10~* с распадаются по схемам ц + -*е* + ve+vM и fi~-»e~-f-v„+vM. г
т-Лептоны за время т,«3-10~13с распадаются по многим двух- и трехчастичным схемам с образованием vT и v,. Экспериментально показано, что в процессах образования и распада мюонов, т.е. в (я— ц)-и (ц—е)-распадах, нарушается закон сохранения Р-четности, что проявляется в виде определенного знака спиральности у всех лептонов, участвующих в распадах, и в асимметрии вылета электронов относительно спина мюоиов в (ц—е)-распаде. ¦
В процессах, идущих с участием лептонов, выполняются законы сохранения лептонных зарядов Le=const (для е~, е*, ve и ve), Lv=const (для ц~, ц+, vj, и v„) и L,=const (для т-, т+, vt и vt). Лептонный заряд каждого типа отличен от нуля только для соответствующих лептонов. Для всех остальных частиц (включая лептоны других типов) он равен нулю.
Точность современных экспериментов по проверке справедливости законов сохранения лептонных зарядов допускает их небольшое нарушение как в смысле частичного снятия запрета на замену одного типа лептонов на другой, так и в смысле замены лептона иа антилептон. Если законы сохранения L„ ?„, L, нарушаются в первом смысле и массы всех нейтрино различны и отличны от нуля, то будут возможны так называемые нейтринные осцилляции, т. е. взаимные переходы vj^v,,, ve«-»v„ vM<-»vt. Если закон сохранения Le нарушается во втором смысле, т. е. если существует небольшая вероятность ve=v„ то при mv>#0"будет возможен двойной безнейтринный В-распад [2В(0у)]-типа In^2р+2е~.
