Большая Советская Энциклопедия (НЕ) - Большая Советская Энциклопедия "БСЭ" - Страница 48

  Основные свойства нейтрино

  Нейтрино и антинейтрино. Представление о Н. и антинейтрино возникло чисто теоретически. Однако доказательство того, что эти частицы действительно разные, не может быть получено в рамках самой теории. Поскольку Н. не имеет электрического заряда, не исключено, что Н. по своим свойствам тождественно антинейтрино, т. е. является истинно нейтральной частицей; такое Н. впервые было рассмотрено итальянским физиком Э. Майорана и поэтому называлось «майорановским». В 1946 Б. М. Понтекорво предложил для экспериментального решения этой проблемы использовать реакцию превращения 37 Cl в 37 Ar. Из существования распада 37 Ar (e- , ne )37 CI следует реакция

  37 Cl + ne ® 37 Ar + e- .     (3)

  Если ne и

 не тождественны, то реакция

аналогичная реакции (3), при облучении 37 Cl пучком антинейтрино от реактора не должна наблюдаться. В эксперименте, осуществленном американским учёным Р. Дейвисом в 1955—56 на четырёххлористом углероде, реакцию (*) не удалось обнаружить. Этот результат доказывает нетождественность ne и

 (и, следовательно, является основой для введения сохраняющегося лептонного числа Le ).

  Электронные и мюонные нейтрино. После открытия мюонов, p- и К-мезонов было установлено, что распад этих частиц также сопровождается вылетом Н.:

В 1957 М. А. Марков , Ю.Швингер и К.Нишиджима высказали предположение, что Н., рождающееся в паре с мюоном (nm ), отлично от Н., рождающегося в паре с электроном (nе ). Возможность проверки этих ассоциативных свойств Н. с помощью ускорителей высокой энергии рассматривалась в СССР М. А. Марковым и Б. М. Понтекорво. Успешные опыты были осуществлены в 1962 на Брукхейвенском ускорителе в США и в 1964 в Европейском центре ядерных исследований (в ЦЕРНе). Было показано, что под действием Н. от распадов

  p+ ® m + nm , K+ ® m+ + nm ,     (4)

происходит только реакция nm + n ® p + m- . Реакция nm + n ® р + e- не была найдена; это означает, что Н. от реакций (4) не рождают электроны. Т. о., было доказано существование двух разных Н. — nm и ne .

  В 1964—67 в аналогичных опытах было установлено, что nm при столкновении с ядрами рождает m- и не рождает m+ , т. е. мюонные нейтрино nm и антинейтрино

 также не тождественны и необходимо ввести ещё одно сохраняющееся лептонное число Lm.

  Спиральность и лептонные числа нейтрино. До открытия несохранения чётности в b-распаде считалось, что Н. описывается волновой функцией, являющейся решением Дирака уравнения , и имеет четыре состояния, соответствующие четырём линейно-независимым решениям: два с проекцией спина на импульс (спиральностью) l = —1 /2 — левое (левовинтовое) Н. nл и левое антинейтрино

 и два с l = + 1 /2 — правое (правовинтовое) Н. nп и правое антинейтрино . Теория Н., предполагающая существование четырёх состояний, называется четырёхкомпонентной, а двух состояний — двухкомпонентной. Примером двухкомпонентного Н. является майорановское Н.

  Обнаружение в 1956 несохранения чётности открыло новую теоретическую возможность описания Н. В 1957 Л. Д. Ландау и независимо пакистанский физик А. Салам, а также Ли Цзун-дао и Ян Чжэнь-нин построили двухкомпонентную теорию спирального Н., в которой Н. имеет только два состояния: Либо nл и

, либо nп и , т. е. Н. и антинейтрино имеют противоположные значения спиральности. Для спирального двухкомпонентного Н. операция пространственной инверсии Р (операция перехода от правой системы координат к левой) и операция зарядового сопряжения С (переход от частицы к античастице) каждая в отдельности не имеет физического смысла, так как переводит реальное Н. в нефизическое состояние с неправильной спиральностью. Физический смысл имеет только произведение этих операций — так называемая комбинированная инверсия (CP), превращающая реальное Н. nл (nп ) в реальное антинейтрино

с противоположной спиральностью.

  В 1958 в Брукхейвене было проведено прямое измерение спиральности электронного Н., испускаемого в процессе 152 Eum (e- ,ne )152 Sm* (рис. 2 ), и найдено, что с вероятностью, близкой к 100%, ne обладает левовинтовой спиральностью. Измерения спиральности мюонных Н. в распадах p+ ® m+ + nm показали, что nm тоже левое. Было также установлено, что

 и  имеют правую спиральность (рис. 3 ).

  Этих опытов, однако, недостаточно для подтверждения теории двухкомпонентного Н. Доказательством двухкомпонентности Н. являются опыты Райнеса по измерению сечения захвата антинейтрино (см. выше): сечение, в соответствии с двухкомпонентной теорией, оказалось в 2 раза выше, чем рассчитанное по четырёхкомпонентной теории. Хотя все проведённые с Н. опыты не позволяют исключить майорановский вариант двухкомпонентного Н., теория спирального двухкомпонентного Н. более предпочтительна, так как допускает введение лептонных чисел Le и Lm , посредством которых удаётся получить все необходимые запреты в процессах с участием лептонов, например m± ® e± + g, е- + р ® n + p- + m+ , К- ® p+ + е- + m- и др. Спиральная двухкомпонентная теория является логически более стройной и «экономной», так как из неё естественно вытекает равенство нулю массы и магнитного момента Н.

  Помимо Le и Lm , имеются и др. способы введения лептонных чисел (см. Лептонный заряд ).

  Масса и магнитный момент нейтрино. Экспериментально невозможно исключить наличие у Н. очень малой массы. Наилучшая оценка верхнего предела массы электронного Н. получена из анализа формы спектра b-электронов трития: mne £ 60 эв (что почти в 104 раз меньше массы электрона me » 510 кэв ). Для мюонного Н. экспериментальный предел значительно выше: mnm £ 1,2 Мэв. Если масса Н. не строго равна 0, Н. может иметь магнитный момент и, следовательно, участвовать в процессах электромагнитного взаимодействия, например в реакциях

  ne + e- ® ne + e- , nm + p ® p + p° + nm .