БСЭ БСЭ - Большая Советская Энциклопедия (НЕ)

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 37Cl в 37Ar. Из существования распада 37Ar (e -, n e) 37CI следует реакция

37Cl + n e® 37Ar + e -. (3)

Если n eи не тождественны, то реакция

аналогичная реакции (3), при облучении 37Cl 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 n eи (и, следовательно, является основой для введения сохраняющегося лептонного числа L e).

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 (n m), отлично от Н., рождающегося в паре с электроном (n е). 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 + n m, K +® m ++ n m, (4)

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

В 1964—67 в аналогичных опытах было установлено, что n mпри столкновении с ядрами рождает m -и не рождает m +, т. е. мюонные нейтрино n mи антинейтрино также не тождественны и необходимо ввести ещё одно сохраняющееся лептонное число L m .

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. n ли левое антинейтрино и два с l = + 1/ 2— правое (правовинтовое) Н. n пи 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 n ли , либо n пи , 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 сопряженияС (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. n л(n п) в реальное антинейтрино

с противоположной спиральностью.

В 1958 в Брукхейвене было проведено прямое измерение спиральности электронного Н., испускаемого в процессе 152Eu m(e -,n e) 152Sm* ( рис. 2 ), и найдено, что с вероятностью, близкой к 100%, n eобладает левовинтовой спиральностью. Измерения спиральности мюонных Н. в распадах p +® m ++ n mпоказали, что n mтоже 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 L e и L m, 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 L eи L m, 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: m n e£ 60 эв (что почти в 10 4раз меньше массы электрона m e » 510 кэв ) . Для мюонного Н. экспериментальный предел значительно выше: m n m£ 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

n e+ e -® n e+ e -, n m+ p ® p + p° + n m.

Эксперименты по поиску этих реакций дали следующие ограничения на величину магнитного момента: