Максим Филипповский - Генезис. Небо и Земля. Том 1. История

Предполагается, что нейтрино может быть либо таким фермионом Майораны, либо фермионом Дирака (в Стандартной модели все фермионы, включая нейтрино, являются дираковскими). В первом случае различие между нейтрино и антинейтрино определяется только их спиральностью: превращение нейтрино в антинейтрино можно осуществить переворотом спина (или, например, переходом в систему отсчёта, в которой импульс нейтрино направлен в противоположном направлении, что, правда, осуществимо лишь при ненулевой массе нейтрино). Если электронное нейтрино является фермионом Майораны и при этом массивно, то некоторые изотопы могут испытывать безнейтринный двойной бета-распад; при существующей чувствительности экспериментов этот распад пока не обнаружен, хотя в мире проводятся десятки экспериментов по поиску этого процесса]. Гипотетические частицы нейтралино в суперсимметричных моделях являются фермионами Майораны.

Обновленные данные таблице на март 2018 года для изотопа германия (76Ge) в разных экспериментах установили период полураспада 8.0·10 25 лет при ограничении массы 0.12—0.26 эВ, а также 1.9·10 25 лет при массе 0.24—0.53 эВ; для изотопа ксенона (136Xe): период 10.7·10 25 лет, масса 0.05—0.16 эВ, и период 1.1·10 25 лет, масса 0.17—0.49 эВ соответственно; для изотопа теллура (130Te) период 1.5·10 25 лет с ограничением массы 0.11—0.50 эВ.

G.R. Stillwell

Айвс и Стилуэлл наблюдали анодные лучи, которые возникали в разрядных трубках высокого напряжения и низкого давления и состояли из положительно заряженных ионов воздуха (а также небольшого числа ионов металла, из которого изготовлен катод). Эти лучи, в отличие от открытых намного раньше катодных лучей, двигались от анода к катоду. Причина их возникновения связана с образованием лавин положительных ионов: один такой ион разгонялся сильным электрическим полем между анодом и катодом, а, затем столкнувшись с нейтральной молекулой газа, ионизировал ее. Чтобы между двумя соударениями такой ион успел набрать достаточную для ионизации еще одного атома энергию, разность потенциалов между электродами должна быть достаточно большой, так же как и длина свободного пробега положительного иона. Обычно анодные лучи наблюдают в пространстве за перфорированным катодом. Свечение анодных лучей также связано с ионизацией молекул газа на их пути. Оказывается в лампах, наполненных газообразным водородом, скорости составляющих лучи ионов могут достигать сотой доли скорости света. Тем не менее, наблюдать доплеровский сдвиг частоты их излучения оказывается достаточно сложно, т.к. спектр излучения имеет вид очень широкого диапазона: линии излучения атомов водорода сильно размываются, и поэтому наблюдать их сдвиг крайне затруднительно. Тем не менее, разработанные в 1932 году Артуром Джеффри Дэмпстером новые разрядные трубки позволяли фиксировать скорость анодных лучей с хорошей точностью и поэтому сделать их спектр состоящим из тонких линий.

Два протона сталкиваются друг с другом и сливаются. При этом вылетают позитрон и нейтрино. Образовавшееся ядро состоит уже из одного протона и одного нейтрона. Это ядро имеет такой же заряд, как и ядро водорода, но оно в два раза тяжелее. Такой изотоп тяжелого водорода называют дейтерием. Если ядро водорода столкнется с ядром дейтерия, то они объединяются в атом гелия, который состоит из двух протонов и одного нейтрона. Это ядро гелия не является «правильным» гелием. Это – лёгкий изотоп Не3. Заряд его ядра совпадает с зарядом ядра гелия, а массовое число на единицу меньше. Если теперь два таких ядра «легкого» гелия столкнутся друг с другом, то при этом образуются «правильное» ядро гелия и два протона. В этой цепи реакций тоже происходит в конечном счете объединение четырех протонов с образованием одного ядра гелия.

В то время температура Солнца считалась слишком низкой, чтобы преодолеть кулоновский барьер. После развития квантовой механики было обнаружено, что туннелирование волновых функций протонов через отталкивающий барьер позволяет осуществлять ядерное слияние при более низкой температуре, чем в классической модели.

Астрономическая единица используется при изучении Солнечной системы. Это размер большой полуоси орбиты Земли: 1 а.е. = 149 миллионов километров. Более крупные единицы длины – световой год и парсек, а также их производные (килопарсек, мегапарсек). Световой год – расстояние, которое проходит луч света в вакууме за один земной год. Он равен примерно 9,5∙10 15 м. Парсек исторически связан с измерением расстояний до звезд по их параллаксу и составляет 1 пк = 3,263 светового года = 206 265 а.е. = 3,086∙10 16 м.

По современным представлениям, при массе ядра менее 0,1 Ms нейтроны стали бы превращаться в протоны посредством бета-распада. Новорожденные протоны сливались бы с нейтронами, образуя сильно нейтроноизбыточные и потому крайне нестабильные атомные ядра. В результате, если бы нейтронная звезда каким-либо образом похудела настолько, что ее масса упала ниже 0,1 Ms, она исчезла бы в ядерном взрыве.

Давно известно, что первая оценка максимальной массы нейтронных ядер оказалась сильно заниженной. Позднейшее моделирование показало, что массы нейтронных звезд должны лежать в интервале (1,5—3) ·Ms; массы реально наблюдавшихся нейтронных звезд составляют от полутора до двух солнечных масс. Причина этой ошибки также понятна. В конце 1930-х годов еще не существовало развернутой теории ядерных сил, которая позволила бы написать хотя бы приближенные уравнения состояния материи при сверхвысоких плотностях и давлениях. Сейчас известно, что в этой области действуют мощные ядерные силы отталкивания, которые и увеличивают нижний предел масс нейтронных звезд по сравнению с моделью Оппенгеймера-Волкова. Сравнение оценки Оппенгеймера-Волкова с пределом Чандраксекара очевидным образом создавало малоприятную проблему, которую они сами прекрасно поняли и прокомментировали. Если давление вырожденного релятивистского электронного газа способно сопротивляться гравитационному коллапсу звезд с массой вплоть до почти что полутора масс Солнца, то совершенно непонятно, как могла бы возникнуть нейтронная звезда, коль скоро ее масса не может превышать 0,7 Ms. Оппенгеймер и Волков обошли эту трудность, предположив, что нейтронные ядра могут быть сколь угодно массивными, если разность между плотностью материи и ее утроенным давлением принимает большие отрицательные значения. Сейчас мы знаем, что это допущение не оправдалось, и верхний предел масс нейтронных звезд все же существует. Оппенгеймер и Волков также высказали почти что уверенность, что учет ядерных сил взаимного отталкивания не позволит существенно повысить вычисленный ими верхний предел масс нейтронных ядер – и в этом они тоже оказались неправы.