Cómo hacer un haz de neutrinos
Una explicación simple para los laicos sobre cómo hacer un haz de neutrinos (los detalles dependen del laboratorio experimental particular).
Primero, crea un haz de protones, como si estuvieras cargando el Gran Colisionador de Hadrones (esta es una historia separada, pero por ahora, supongamos que el haz de protones existe).
Luego colisionar el haz de protones con el objetivo, una delgada hoja de material. Los protones colisionarán con los núcleos de los átomos del material y los romperán, no solo dividiéndolos en protones y neutrones, sino que también generarán muchas otras partículas, incluidos los piones (un ejemplo de hadrones) con cargas eléctricas positivas y negativas. Todas estas partículas saldrán volando desde la parte posterior de la lámina de material, dando como resultado un haz de protones, neutrones, piones y algunas otras partículas.
Ahora alinee la viga y el imán. Un imán dobla el camino de las partículas cargadas. La dirección de la curvatura depende de la carga de partículas; El grado de curvatura depende de la energía de la partícula. Entonces los neutrones pasarán directamente, los piones con carga negativa irán en una dirección, y los protones y los piones con carga positiva irán en la otra. Deje que la mayoría de las partículas entren en la pared; donde dejas el pasaje, las partículas que lo atraviesan tendrán energías y cargas eléctricas aproximadamente iguales. Por lo tanto, al colocar el pasaje en el lugar correcto, puede obtener un haz que consiste principalmente en piones cargados positivamente con las mismas energías.
Las peonías comienzan a descomponerse, convirtiéndose en un antimuón y neutrino. Pronto, su haz consistirá en muones cargados positivamente, varios piones aún no cariados y protones protuberantes, así como neutrinos.
Ahora alinee el rayo con otro imán. Los neutrinos, como eléctricamente neutros, irán más allá. Las partículas cargadas positivamente - muones, y los piones restantes con protones se desviarán en una dirección. Déjalos ir a la pared. ¿Y qué quedará? Rayo de neutrino. No particularmente estrecho, por supuesto, pero si comenzaste con una gran cantidad de protones, será muy poderoso.
Al controlar la dirección de movimiento de los protones iniciales y los piones intermedios, puede dirigir este haz en cualquier dirección. Por ejemplo, puede crearse en el CERN y dirigirse hacia las montañas del Gran Sasso d'Italia, donde tiene lugar el experimento
OPERA . Este rayo no será estrecho; para cuando viaje 730 km hasta Gran Sasso, tendrá 2 km de ancho. Pero será suficiente para nuestros propósitos.
Como detectar neutrinos
Una explicación simple para los laicos sobre cómo detectar neutrinos.
Los neutrinos pasan constantemente por tu cuerpo. Su flujo proviene del Sol, de su horno central, e incluso si usted está en el lado nocturno del planeta, estos neutrinos pasan a través de la Tierra y a través de su cuerpo como si no hubiera Tierra allí. Los rayos cósmicos (partículas de alta energía que llegan del espacio exterior) a menudo golpean átomos en la atmósfera superior y producen varios neutrinos. También te atraviesan.
Casi siempre Pero una parte muy, muy pequeña del neutrino se estrella contra algo.
Si un neutrino ingresa al núcleo de un átomo, pasa dentro de uno de los protones o neutrones, y (en términos generales) está demasiado cerca del quark (o antiquark) dentro del protón o neutrón, entonces hay una buena posibilidad de que el neutrino y el quark (o antiquark) colisionar Lo mismo puede decirse de un neutrino que colisiona con un electrón en la parte posterior de un átomo. Pero este proceso no ocurre a menudo, porque involucra una interacción nuclear débil y (especialmente para los neutrinos de baja energía) la debilidad de esta interacción garantiza la rareza de tales colisiones.
Supongamos que un neutrino todavía choca con un quark o antiquark dentro de un núcleo atómico: ¿qué sucede después? Si el neutrino tiene suficiente energía, rompe el núcleo en protones y neutrones individuales y, a menudo, si su energía es alta, conduce a la aparición de piones (otro tipo de hadron: una partícula que consiste en quarks, antiquarks y gluones, como un protón con un neutrón). El neutrino continúa su camino sin registrarse, pero se pueden observar los protones, neutrones y piones resultantes, ya que, a su vez, chocan con otros núcleos atómicos y los rompen en pedazos. Las características específicas de los métodos de observación dependen de los detectores.
Hay una posibilidad más. A veces, durante una colisión con un quark o antiquark, un neutrino puede convertirse en un leptón cargado, por ejemplo, un electrón, muón o tau. El tipo de leptón depende de qué tipo de neutrino era, e incluso puede depender de lo que hizo el neutrino antes de que llegara.
La posibilidad de esta opción está dictada por la peculiaridad de la interacción nuclear débil, que lleva a cabo esta transformación a través del campo W, cuyas ondas son partículas W. En este caso, uno puede detectar no solo la dispersión de protones, neutrones y piones de la primera y posteriores colisiones, sino también los productos de desintegración de electrones, muones o tau en los que se convirtió el neutrino. En el último caso, los productos de desintegración de la tau incluyen un electrón, un muón o un pión con varios fotones, y todo esto se puede arreglar.
Resulta que, aunque no podemos corregir de manera fácil y confiable la presencia de neutrinos de la manera en que se puede hacer con electrones o muones (colisionando con átomos al pasar a través de la materia) o protones y neutrones (colisionando con una gran cantidad de núcleos atómicos al pasar a través de la materia), sin embargo, a veces podemos observarlos. Si tiene suficientes neutrinos, por ejemplo, después de que una estrella no muy distante se haya convertido en una supernova, o en el centro de un haz de neutrinos, o incluso solo un flujo constante de neutrinos del Sol, podemos detectar estos neutrinos cuando alguno de ellos colisiona núcleo atómico dentro del detector. Esto se debe al hecho de que incluso una colisión con un núcleo desafortunado puede crear una cascada de protones, neutrones y piones (que podemos detectar fácilmente) y, posiblemente, electrones y muones (que también podemos encontrar fácilmente).
Resulta que una forma de estudiar neutrinos es crear potentes rayos de neutrinos, construir un detector que pueda capturar protones, neutrones, piones, muones y / o electrones que vuelan desde un núcleo roto por un neutrino y ser paciente (el experimento OPERA tardó tres años en encontrar 16,000 neutrinos, solo media docena por día). Hay muchos otros detectores de neutrinos en el mundo, utilizan diferentes materiales y diferentes estrategias. Una forma común es construir un detector enorme lleno de agua u otro líquido limpio, ubicado bajo tierra para protegerse de los rayos cósmicos, y esperar pacientemente algún neutrino aleatorio del Sol o uno de los rayos cósmicos, o de una supernova que pueda generar "aerosoles" ". Y las salpicaduras son tangibles: en los últimos años, con la ayuda de los neutrinos, ya se han realizado varios descubrimientos importantes. Quizás el más importante de estos se hizo en OPERA. [Poco antes de escribir el artículo en septiembre de 2011, se obtuvieron datos en este experimento según el cual algunos neutrinos mostraron movimiento en exceso de la velocidad de la luz. Después de verificaciones cuidadosas, resultó que la razón de esto fue el error del experimento: aprox. perev.]