Кіріспе

Технология институты Нейтринолардың эксперименттік расталуы

Кован–Рейнс нейтрино эксперименті 1956 жылы физиктер Клайд Кован және Фредерик Рейнс жүргізді. Эксперимент нейтриноның бар екенін растады. Нейтринолар – электр заряды жоқ және өте кішкентай массасы бар субатомдық бөлшектер, 1930 жылдары бета-ыдырау процестеріндегі маңызды бөлшектер деп болжанған. Массасы да, заряды да жоқ болғандықтан, мұндай бөлшектерді анықтау мүмкін емес сияқты көрінетін. Экспериментте жақын орналасқан ядролық реактордан шығатын (сол кездегі гипотетикалық) электронды антинейтринолардың күшті ағыны және үлкен су резервуарларынан тұратын детектор пайдаланылды. Судың протондарымен нейтриноның өзара әрекеттесуі байқалды, осы бөлшектің бар екендігі мен негізгі қасиеттері алғаш рет анықталды.

Өмірбаян

1910-1920 жылдары ядролық бета-бөліністен алынған электрондарды бақылау, олардың энергиясының үздіксіз үлестірілгенін көрсетті. Егер процесте тек атом ядросы мен электрон ғана қатысса, электронның энергиясы үздіксіз энергия спектрінің орнына, бір ғана тар шыңға ие болар еді. Тек электрон ғана байқалды, сондықтан оның энергиясының өзгеруі энергияның сақталмауы мүмкін екенін көрсетеді. Осы қиындық және басқа да факторлар Вольфганг Паулиді 1930 жылы нейтриноның бар екенін болжау арқылы мәселені шешуге әрекет етуге итерді. Егер энергия сақталу принципі сақталса, бета-бөлініс екі емес, үш денелі процесс болуы керек еді. Сондықтан Паули бета-бөлініс кезінде атом ядросынан электроннан басқа да бөлшектің шығатынын ұсынды. Бұл бөлшектің, нейтриноның, өте кішкентай массасы және электр заряды болмады; ол байқалмады, бірақ жоғалған энергияны алып жүрді. Паулидің ұсынысын 1933 жылы Энрико Ферми бета-бөлініс теориясына дамытты. Теорияға сәйкес, бета-бөлініс процесі бір-бірімен тікелей әрекеттесетін төрт фермионнан тұрады. Осы әрекеттесу арқылы нейтрон тікелей электронға, болжанған нейтриноға (кейіннен антинейтрино екені анықталды) және протонға ыдырайды. Бұл теория өте табысты болып шықты және гипотетикалық нейтриноның бар екеніне негізделген. Ферми бета-бөлініс туралы "алдын ала" теориясын Nature журналына ұсынды, бірақ журнал оны "оқырманға қызығушылық тудырмайтын, шындықтан тым алыс болжамдарды қамтитындықтан" қабылдамады. Нейтрино болжамы мен Ферми теориясының бір мәселесі – нейтриноның басқа материямен өте әлсіз өзара әрекеттесетіндігі, сондықтан оны байқау мүмкін емес сияқты көрінетін. 1934 жылы Рудольф Пейерлс және Ханс Бете нейтринолар Жерді кез келген материямен өзара әрекеттеспей-ақ өтіп кетуі мүмкін екенін есептеді.

Нәтижелер

1953 жылы Коуэн мен Рейнс "Герр Оуг", неміс тілінде "Мырза Көз" деп аталатын детектор құрастырды. Олар нейтриноны іздеу экспериментін "Польтергейст жобасы" деп атады, себебі нейтриноның "көріне бермейтін қасиеті" бар еді. 1953 жылы алдын ала эксперимент Вашингтон штатындағы Ханфорд алаңында жүргізілді, бірақ 1955 жылдың соңында эксперимент Оңтүстік Каролина штатының Эйкен қаласына жақын Саванна өзені зауытына көшірілді. Саванна өзені алаңындағы жағдай ғарыш сәулелерінен жақсы қорғалған. Бұл қорғалған орын реактордан 11 метр және жер астынан 12 метр тереңдікте орналасқан. Айлар бойы жиналған деректер детекторда сағатына шамамен үш нейтриноның өзара әрекеттесуін көрсетті. Жоғарыда сипатталған детекция схемасы арқылы нейтрино оқиғаларын анықтағанына толық сенімді болу үшін Коуэн мен Рейнс реакторды тоқтатты және анықталған оқиғалардың қарқынында айырмашылық бар екенін көрсетті. Олар реакцияның қимасы шамамен 6-ға тең болатынын болжаған, ал олардың өлшеген қимасы 6,3-ті құрады. Нәтижелер 1956 жылдың 20 шілдесінде Science журналында жарияланды.

Мұра

Клайд Коуэн 1974 жылы 54 жасында қайтыс болды. 1995 жылы Фредерик Рейнс нейтрино физикасы саласындағы жұмысы үшін Нобель сыйлығымен марапатталды.