Большая Советская Энциклопедия (НЕ) - БСЭ БСЭ

  Сверхгорячая плазма служит источником Н. в звёздах на завершающих этапах эволюции, а также в модели горячей Вселенной в первые доли секунды её возникновения. Возможны два вида генерации Н. Первый связан с реакциями взаимного превращения нуклонов

(так называемый урка-процесс) и может идти как на связанных нуклонах ядер при температурах Т ~ 109 К, так и на свободных нуклонах при Т ³ 1010 К. Второй способ, чисто лептонный, связан с реакциями типа

а также с реакциями

(фоторождение Н.),

(нейтринная аннигиляция электрон-позитронных пар) и др., которые происходят, если существует гипотетическое рассеяние ne + е ® ne + e (предсказываемое теорией Ферми). Пока не удалось доказать существование ne + е ® ne + е — рассеяния лабораторными методами (на Н. от реакторов и ускорителей); считается, что астрофизические данные свидетельствуют в пользу существования такого процесса.

  Реликтовые Н. Согласно модели горячей Вселенной, Н., испущенные в момент её возникновения, испытывают сильное красное смещение при космологическом расширении Вселенной. Такие реликтовые Н. заполняют всё мировое пространство. В наиболее реалистическом варианте модели горячей Вселенной число мюонных и электронных Н. и антинейтрино одинаково и составляет ~ 200 частиц/см3 , а средняя энергия Н. — (2—3)×10-4 эв, что соответствует температуре нейтринного газа 2—3 К. Для понимания механизма развития Вселенной очень важно экспериментально установить наличие реликтовых Н. и измерить температуру нейтринного газа.

  В рамках модели горячей Вселенной удаётся получить наилучшую оценку для массы мюонного Н. Согласно космологическим данным, плотность материи в расширяющейся Вселенной не может превышать 10-28 г/см3 ; отсюда следует, что максимально возможная масса мюонного Н. составляет ~ 300 эв (т. е. значительно ниже верхнего предела, установленного лабораторными методами).

  Нейтронизация вещества, т. е. превращение протонов в нейтроны по схеме р + е- ® n + ne , может служить мощным источником Н., когда звезда по каким-либо причинам теряет гравитационную устойчивость и коллапсирует, превращаясь в нейтронную звезду . При этом огромное число Н., равное по порядку величины числу протонов в звезде (~ 1057 ), испускается за сотые доли сек. Если коллапсирует горячая звезда, нейтронизация происходит совместно с процессами, характерными для горячей плазмы. Такая ситуация возможна при взрывах сверхновых и при коллапсе гравитационном .

  О возможности регистрации Н. от Солнца и др. звёзд см. Нейтринная астрономия .

  Развитие науки о Н. за последние четверть века убедительно доказало, что Н. из гипотетической частицы превратилось в мощный инструмент исследования микро- и макромира.

  Лит.: Аллен Дж., Нейтрино, пер. с англ., М., 1960; Алиханов А. И., Слабые взаимодействия. Новейшие исследования b-распада, М., 1960; Теоретическая физика 20 века, М., 1962; Окунь Л. Б., Слабое взаимодействие элементарных частиц, М., 1963; Понтекорво Б. М., Нейтрино и его роль в астрофизике, «Успехи физических наук», 1963, т. 79, в. 1, с. 3; Марков М. А., Нейтрино, М., 1964; Железных И. М., Подземные нейтринные эксперименты, «Успехи физических наук». 1966, т. 89, в. 3, с. 513; Ли Ц. и Ву Ц., Слабые взаимодействия, пер. с англ., М., 1968; Бугаев Э. В., Котов Ю. Д., Розенталь И. Л., Космические мюоны и нейтрино, М., 1970; Березинский В. С., Нейтрино, М., 1973.

  Г. Т. Зацепим, Ю. С. Копысов.

Рис. 1. Схема опыта Ф. Райнеса и К. Коуэна (1958) на реакторе в Саванна-Ривер, США: 1 — жидкий сцинтилляционный детектор (1400 л ) для регистрации антинейтрино; 2 — сцинтилляционный детектор для регистрации фона космических лучей, включенный на антисовпадения с детектором 1; 3 — две группы фотоумножителей, включенные на совпадение; 4 — электронная аппаратура; 5 — двухлучевой осциллограф; 6 — свинцовый и парафиновый экраны для защиты от излучений реактора.

Рис. 2. Схема эксперимента амер. физиков М. Гольдхабера, Л. Гродзинса и С. Суньяра по измерению спиральности нейтрино. Радиоактивный препарат 152 Eum (Jp = 0- ) 1 (где J — спин, p — чётность ядра) испускает в процессе К-захвата нейтрино. Образующееся возбуждённое ядро 152 Sm*(1- ) испускает g-квант [превращаясь в ядро 152 Sm(0+ )], который, пройдя через магнитный анализатор 2 (представляющий собой намагниченное железо) для определения круговой поляризации -квантов, испытывает резонансное рассеяние на ядрах 152Sm(0+) 3. Условие резонанса выполняется только в том случае, если ядро Sm после испускания g-кванта имеет малый импульс отдачи, т. е. если нейтрино и g-квант испускаются в противоположных направлениях. В этом случае g-квант и нейтрино должны иметь одинаковый знак спиральности. Сцинтилляционный детектор Nal 4 считает число g-квантов N+ и N- , рассеянных при направлениях магнитного поля по и против движения нейтрино. Теоретическое значение (N- — N+ )/2(N- + N+ ) = +0,025 для левовинтовой и -0,025 для правовинтовых спиральностей нейтрино; экспериментальное значение равно +0,017 ± 0,003, что согласуется со 100%-ной левовинтовой спиральностью нейтрино, если учесть все возможные эффекты деполяризации g-квантов. (Свинцовая защита 5 предохраняет детектор 4 от прямого попадания g-квантов.)

Рис. 4. а — схема нейтринного телескопа, установленного в шахте Южной Индии на глубине около 2300 м : 1 — пластические сцинтилляционные элементы, площадью 1 м 2 , каждый из которых просматривается двумя фотоумножителями 2; регистрируются четырёхкратные совпадения между парой фотоумножителей на одной стороне и любой парой — на другой; между сцинтилляторами установлено неск. слоев неоновых трубок 3 для фотографирования следов заряженных частиц, образованных нейтрино; 4 свинцовые поглотители толщиной 2,5 см ; б — случай неупругого взаимодействия нейтрино, пришедшего из нижней полусферы Земли; 5, 6 — следы, оставленные, по-видимому, мюоном и пи-мезоном, которые образовались внутри скалы при столкновении nm с нуклоном.

Рис. 3. При отражении в зеркале (пространственной инверсии) левое нейтрино nл переходит в несуществующее состояние правого нейтрино nп (а). Реальное состояние получается при одновременном (с отражением) переходе от частицы к античастице, при этом nл переходит в правое антинейтрино nп (б).

Нейтрон

Нейтро'н (англ. neutron, от лат. neuter — ни тот, ни другой; символ n), нейтральная (не обладающая электрическим зарядом) элементарная частица со спином 1 /2 (в единицах постоянной Планка ) и массой, незначительно превышающей массу протона. Из протонов и Н. построены все ядра атомные . Магнитный момент Н. равен примерно двум ядерным магнетонам и отрицателен, т. е. направлен противоположно механическому, спиновому, моменту количества движения. Н. относятся к классу сильно взаимодействующих частиц (адронов) и входят в группу барионов, т. е. обладают особой внутренней характеристикой — барионным зарядом , равным, как и у протона (р), + 1. Н. были открыты в 1932 английским физиком Дж. Чедвиком , который установил, что обнаруженное немецкими физиками В. Боте и Г. Бекером проникающее излучение, возникающее при бомбардировке атомных ядер (в частности, бериллия) a-частицами, состоит из незаряженных частиц с массой, близкой к массе протона.

  Н. устойчивы только в составе стабильных атомных ядер. Свободный Н. — нестабильная частица, распадающаяся на протон, электрон (е- ) и электронное антинейтрино :

среднее время жизни Н. t » 16 мин. В веществе свободные Н. существуют ещё меньше (в плотных веществах единицы — сотни мксек ) вследствие их сильного поглощения ядрами. Поэтому свободные Н. возникают в природе или получаются в лаборатории только в результате ядерных реакций (см. Нейтронные источники ). В свою очередь, свободный Н. способен взаимодействовать с атомными ядрами, вплоть до самых тяжёлых; исчезая, Н. вызывает ту или иную ядерную реакцию, из которых особое значение имеет деление тяжёлых ядер, а также радиационный захват Н., приводящий в ряде случаев к образованию радиоактивных изотопов. Большая эффективность Н. в осуществлении ядерных реакций, своеобразие взаимодействия с веществом совсем медленных Н. (резонансные эффекты, дифракционное рассеяние в кристаллах и т.п.) делают Н. исключительно важным орудием исследования в ядерной физике и физике твёрдого тела. В практических приложениях Н. играют ключевую роль в ядерной энергетике производстве трансурановых элементов и радиоактивных изотопов (искусственная радиоактивность), а также широко используются в химическом анализе (активационный анализ ) и в геологической разведке (нейтронный каротаж ).