реферат: АстрономСЦчнСЦ експерименти з дослСЦдження елементарних частинок 

АстрономСЦчнСЦ експерименти з дослСЦдження елементарних частинок

реферат: Авиация и космонавтика

Документы: [1]   Word-176498.doc Страницы: Назад 1 Вперед

МРЖНРЖСТЕРСТВО ОСВРЖТИ ТА НАУКИ УКРАРЗНИ

ЛУБЕНСЬКА ЗАГАЛЬНООСВРЖТНЯ ШКОЛА № 1 РЖ-РЖРЖРЖ СТУПЕНРЖВ











РЕФЕРАТ

ТЕМА:

АстрономСЦчнСЦ експерименти з дослСЦдження елементарних частинок



Виконала: учениця 11-А класу

Сапа Марина










Лубни 2010

Вступ


ЕлементарнСЦ частинки - це первиннСЦ частинки, якСЦ дальше не розпадаються, з них складаСФться вся матерСЦя. Поняття елементарнСЦ частинки сформувалося в тСЦсному зв'язку з встановленням дискретного характеру будови речовини на мСЦкроскопСЦчному рСЦвнСЦ. ВСЦдкриття на рубежСЦ 19-20 ст. НайдрСЦбнСЦших носСЦСЧв "астивостей речовини - молекул СЦ атомСЦв - СЦ встановлення того факту, що молекули побудованСЦ СЦз атомСЦв, позволило описати всСЦ вСЦдомСЦ речовини як комбСЦнацСЦСЧ кСЦнцевого числа структурних складових - атомСЦв . Виявлення в подальшому наявностСЦ складових атомСЦв-електронСЦв СЦ ядер , встановлення складноСЧ природи ядер , якСЦ складаються СЦз двох типСЦв частинок (протонСЦв СЦ нейтронСЦв), дало можливСЦсть передбачити, що ланцюжок складових матерСЦСЧ завершиться дискретними безструктурними утвореннями - елементарними частинками. Але не можна впевнено стверджувати, що такСЦ елементарнСЦ частинки СЦснують. Протони СЦ нейтрони наприклад, довгий час рахувалися елементарними, а тепер вияснилось, що вони мають складну будову.

Не виключена можливСЦсть того, що послСЦдовнСЦсть структурних складових матерСЦСЧ безкСЦнечна.

ТермСЦн "елементарнСЦ частинкитАЭ частенько використовуСФться в сучаснСЦй фСЦзицСЦ для найменування великоСЧ групи найдрСЦбнСЦших частинок матерСЦСЧ, якСЦ не являються атомами СЦ атомними ядрами (виняток складаСФ ядро атома водню-протон). Як проявили дослСЦдження, ця група частинок дуже велика. КрСЦм згадуваних протона, нейтрона СЦ електрона до неСЧ вСЦдносяться: фотон, пСЦмезони, мюони, нейтрино, дивнСЦ частинки (К-мезони СЦ гСЦперони), рСЦзноманСЦтнСЦ резонанси, "зачарованСЦтАЭ частинки, СЦпсилон-частинки СЦ важкСЦ лептони-всього бСЦльше 350 частинок, в основному нестабСЦльних. Число частинок, що входить в цю групу, продовжуСФ рости, СЦ скорСЦше всього, необмежено велике. Використання назви "елементарнСЦ частинкитАЭ до всСЦх цих частинок маСФ СЦсторичнСЦ причини СЦ пов'язано з тим перСЦодом дослСЦджень (початок 30-х рокСЦв 20 ст.), Якщо СФдиними представниками даноСЧ групи були протон, нейтрон СЦ частинка електромагнСЦтного поля - фотон. ЦСЦ чотири частинки тодСЦ рахувалися елементарними , так як вони служили основою для побудови речовини СЦ електромагнСЦтного поля, яке з нею взаСФмодСЦСФ, а складна структура протона СЦ нейтрона не була вСЦдома.

ВСЦдкриття нових мСЦкроскопСЦчних частинок матерСЦСЧ поступово зруйнувало цю просту картину. НовСЦ вСЦдкритСЦ частинки дуже були близькСЦ до перших чотирьох вСЦдомих частинок. СпСЦльним для них СФ те, що вони являються специфСЦчними формами СЦснування матерСЦСЧ , яка не асоцСЦюСФться в ядра СЦ атоми, тому СЧх СЦнодСЦ називають "суб'ядерними частинкамитАЭ. До тих пСЦр, поки кСЦлькСЦсть таких частинок була не дуже велика, СЦснувала думка, що вони вСЦдСЦграють фундаментальну роль в будовСЦ матерСЦСЧ, СЦ СЧх вСЦдносили до елементарних частинок. Зростання кСЦлькостСЦ суб'ядерних частинок, виявлення у багатьох СЦз них складноСЧ будови показало, що вони, як правило, не мають "астивостСЦ елементарностСЦ, але традицСЦйна назва "елементарнСЦ частинки тАЭ за ними збереглась.

КороткСЦ СЦсторичнСЦ вСЦдомостСЦ


Першою вСЦдкритою елементарною частинкою був електрон - носСЦй негативного елементарного електричного заряду в атомах. В 1897 р. Дж. Дж. Томсон встановив, що катоднСЦ променСЦ утворенСЦ потоком найдрСЦбнСЦших частинок, якСЦ були названСЦ електронами. В 1911 р. Е. Резерфорд, пропускаючи альфа-частинки вСЦд природного радСЦоактивного джерела через тонку фольгу рСЦзних речовин, вияснив, що позитивний заряд в атомах зосереджений в компактних утвореннях-ядрах, а в 1919 р. Виявив серед частинок, вибитих СЦз атомних ядер, протони-частинки з одиничним позитивним зарядом СЦ масою, в 1840 разСЦв перевищуючи масу електрона. РЖнша частинка , яка входить до складу ядра, - нейтрон - була вСЦдкрита в 1932 р. Дж. ЧедвСЦком пСЦд час дослСЦдження взаСФмодСЦСЧ альфа-частинки з берилСЦСФм.

Нейтрон маСФ масу, яка близька до маси протона, але не маСФ електричного заряду.

ВСЦдкриттям нейтрону завершилося виявлення частинок - структурних елементСЦв атомСЦв СЦ СЧх ядер.

Висновок про СЦснування частинки електромагнСЦтного поля фотона бере свСЦй початок СЦз роботи М. Планка (1900 р.) Передбачивши, що енергСЦя електромагнСЦтного випромСЦнювання абсолютно чорного тСЦла квантована, Планк одержав правильну формулу для дСЦапазону випромСЦнювання. Розвиваючи СЦдею Планка, А. Ейнштейн (1905 р.) Доказав, що свСЦтло в дСЦйсностСЦ являСФться потоком окремих квантСЦв (фотонСЦв), СЦ на цСЦй основСЦ пояснив закономСЦрностСЦ фотоефекту. ЕкспериментальнСЦ докази СЦснування фотона були данСЦ Р. МСЦлСЦкеном (1912-1915 рр.)

Комптоном (1922р.) ВСЦдкриття нейтрино-частинки, яка майже не взаСФмодСЦСФ з речовиною, веде свСЦй початок вСЦд теоретичноСЧ здогадки В. ПаулСЦ (1930 р.) Експериментально СЦснування нейтрино було доведено лише в 1953 р. (Ф.Райнес СЦ К.Коуен, США).

З 30-х до початку 50-х рокСЦв вивчення елементарних частинок було тСЦсно пов'язано з дослСЦдженням космСЦчних променСЦв. В 1932р. В складСЦ космСЦчних променСЦв К. Андерсоном було винайдено позитрон-частинку з масою електрона, але з негативним електричним зарядом. Позитрон був першою вСЦдкритою античастинкою. РЖснування позитрона безпосередньо витСЦкало СЦз релятивСЦстськоСЧ теорСЦСЧ електрона, розвинутоСЧ П. ДСЦраком (1928-1931рр.) Незадовго до вСЦдкриття позитрона. В 1936 р. АмериканськСЦ фСЦзики К. Андерсон СЦ С. НедермейСФр вСЦдкрили при дослСЦдженнСЦ космСЦчних променСЦв мюони-частинки з масою в 200 мас електрона СЦ дуже близькСЦ до "астивостей електрона СЦ позитрона. В 1947 р. Також в космСЦчних променях групою С. Пауела були вСЦдкритСЦ p+ и p-мезони з масою в 274 електроннСЦ маси, якСЦ вСЦдСЦграють важливу роль при взаСФмодСЦСЧ протонСЦв з нейтронами в ядрах.

КСЦнець 40-х- початок 50-х рр. 20 ст. Ознаменувалось вСЦдкриттям великоСЧ групи частинок з незвичайними "астивостями , якСЦ одержали назву "незвичайнихтАЭ. ПершСЦ частинки цСЦСФСЧ групи К+- СЦ К--мезони, L-, S+ -, S- -, X- -гСЦперони були вСЦдкритСЦ в космСЦчних променях, наступнСЦ вСЦдкриття незвичайних частинок були зробленСЦ на прискорювачах. З початку 50-х р. ПрискорювачСЦ перетворилися на основний СЦнструмент для дослСЦдження елементарних частинок. ПСЦсля введення в експлуатацСЦю протонних прискорювачСЦв з енергСЦями в мСЦльярди разСЦв позволило вСЦдкрити важкСЦ античастинки: антипротон, антинейтрон, антисигма-гСЦперони. В 1960-х рр. На прискорювачах було вСЦдкрито велику кСЦлькСЦсть нестСЦйких частинок, якСЦ отримали назву "резонансСЦв.тАЭ Маси бСЦльшостСЦ резонансСЦв перевищують масу протона.

У 1962 р. Було дослСЦджено, що СЦснують два рСЦзних нейтрино: електронне СЦ мюонне. В 1974р. Були знайденСЦ масивнСЦ СЦ в той же час вСЦдносно стСЦйкСЦ Оі-частинки.

Вони тСЦсно пов'язанСЦ з новою родиною елементарних частинок - "зачарованих.тАЭ

В 1975 р. Були одержанСЦ першСЦ вСЦдомостСЦ про СЦснування важкого аналога електрона СЦ мюона (важкого лептона t). В 1977 р. Були вСЦдкритСЦ РО-частинки з масою порядку десятка протонних мас. Таким чином, за роки, якСЦ пройшли пСЦсля вСЦдкриття електрона, було виявлено величезну кСЦлькСЦсть рСЦзноманСЦтних мСЦкрочастинок матерСЦСЧ .


ДослСЦдження елементарних частинок


Велику частину знань про будову матерСЦСЧ на субатомному рСЦвнСЦ отримано за даними експериментСЦв на прискорювачах, якСЦ дають змогу дослСЦджувати "астивостСЦ ядер та елементарних частинок у модельованих експериментаторами умовах. Однак СФ СЦншСЦ можливостСЦ одержувати таку СЦнформацСЦю в природних умовах, зокрема, користуючись результатами спостережень у космСЦчному просторСЦ. Ця галузь експериментальноСЧ фСЦзики дСЦстала назву неприскорювальна фСЦзика елементарних частинок.

АстрономСЦчнСЦ методи дослСЦджень часто використовуються для пошукСЦв рСЦзного роду гСЦпотетичних частинок, передбачених теоретиками, а також для дослСЦджень нестандартних СЦ навСЦть екзотичних "астивостей звичайних частинок. Так, недавно з'явились публСЦкацСЦСЧ, присвяченСЦ пошуку надзвичайно малого ефективного електричного заряду фотона (у стандартнСЦй електродинамСЦцСЦ заряд фотона строго дорСЦвнюСФ нулевСЦ). Вони базуються на припущеннСЦ про те, що рухомий заряд у магнСЦтному полСЦ маСФ вСЦдхилятися вСЦд прямолСЦнСЦйноСЧ траСФкторСЦСЧ. Завдяки цьому навСЦть частинка з дуже малим зарядом еОі, що становить мСЦзерну частку вСЦд заряду електрона е, подолавши досить велику вСЦдстань у мСЦжзоряному магнСЦтному полСЦ (його характерна величина тАФ мСЦкрогауси, на шСЦсть порядкСЦв менша вСЦд поля ЗемлСЦ), може вСЦдхилитися на вимСЦрну величину. ОскСЦльки вСЦдхилення релятивСЦстськоСЧ зарядженоСЧ частинки в магнСЦтному полСЦ залежить вСЦд СЧСЧ енергСЦСЧ, то два зарядженСЦ фотони з рСЦзною енергСЦСФю пройдуть рСЦзнСЦ вСЦдстанСЦ. Фотон з меншою енергСЦСФю запСЦзниться вСЦдносно фотона з бСЦльшою енергСЦСФю. Дж. КокконСЦ 1988 р. оцСЦнив максимально припустимий заряд фотона зСЦ спостережуваного розширення СЦмпульсСЦв мСЦлСЦсекундного радСЦопульсара, що перебуваСФ на другому краю Галактики. Значення заряду фотона дещо уточнив Г. Раффельт 1994 р.

Ще один ефект, що маСФ виникати пСЦд час проходження зарядженого фотона крСЦзь магнСЦтне поле, тАФ це розпливання зображень точкових радСЦоджерел, коли спостереження ведеться в смузСЦ частот зСЦ скСЦнченною шириною. У наш час радСЦоСЦнтерферомстрСЦя з наддовгою базою (РНДБ) дозволяСФ розрСЦзняти деталСЦ джерел з кутовим розмСЦром вСЦд декСЦлькох десяткСЦв кутових мСЦкросекунд (pas). Приблизно таким для земного спостерСЦгача був би кутовий розмСЦр сСЦрниковоСЧ коробки на поверхнСЦ МСЦсяця. МСЦнСЦмальнСЦ спостережуванСЦ деталСЦ в зображеннСЦ точкового джерела, яке свСЦтить крСЦзь хаотичне магнСЦтне поле скупчення галактик, ставлять обмеження на максимально припустимий електричний заряд фотона (звичайно, якщо магнСЦтне поле СФ вСЦдомим). За допомогою деяких мСЦркувань авторовСЦ цих рядкСЦв СЦ С. Б. Попову (ДАРЖШ, Москва) в 2005 р. удалося оцСЦнити магнСЦтне поле на променСЦ зору для компактного радСЦоджерела ЗС84 (активного ядра галактики NGC 1275), яке перебуваСФ поблизу центра скупчення в сузСЦр'СЧ Персея й у якому за допомогою РНДБ-спостережень виявлено окремСЦ деталСЦ розмСЦром -400 pas. Це й дало змогу одержати обмеження на вСЦдношення зарядСЦв фотона й електрона (еОі< 3x10-33) . Верхньою межею вважаСФться спСЦввСЦдношення |еОі/е|~ 10-35, виведене зСЦ спостережень анСЦзотропСЦСЧ релСЦктового випромСЦнювання, але воно СФ модельно залежне (К. КапрСЦнСЦ та СЦн., 2005 p.). НайточнСЦшСЦ лабораторнСЦ експерименти дають можливСЦсть визначити обмеження на заряд фотона на рСЦвнСЦ 10-16 е (РЖ. Семертзидис та СЦн., 2003 p.), що значно поступаСФться астрофСЦзичним оцСЦнкам.

З астрономСЦчних спостережень можна оцСЦнити верхнСЦ межСЦ не тСЦльки для заряду, але й для маси фотона. ШвидкСЦсть масивного фотона повинна залежати вСЦд його енергСЦСЧ (явище дисперсСЦСЧ, яке вСЦдсутнСФ для безмасового фотона у вакуумСЦ). ТРрунтуючись на цьому, Б. Шейфер 1999 р. СЦз затримки радСЦочастотних фотонСЦв вСЦдносно гамма-квантСЦв лля гамма-сплеску GRB 980703 визначив, що маса фотона не перевищуСФ 4.2x10-44 г (2.3x10-11 еВ). Ще жорсткСЦшСЦ обмеження отриманСЦ з того, що електромагнСЦтна взаСФмодСЦя у випадку масивностСЦ фотона була б короткодСЦючою: напруженСЦсть статичного поля зменшувалася би з вСЦдстанню експоненцСЦально, СЦ тим швидше, чим бСЦльша маса фотона. Наприклад, поле магнСЦтного диполя на малих вСЦдстанях пСЦдкорялося б стандартному законовСЦ (зменшувалося б обернено пропорцСЦйно до третього степеня вСЦдстанСЦ), а на бСЦльших вСЦдстанях прямувало б до нуля значно швидше. Тому протяжнСЦсть магнСЦтних полСЦв астрономСЦчних об'СФктСЦв даСФ змогу встановити обмеження на масу фотона. Так, магнСЦтосфера ЮпСЦтера простираСФться на мСЦльйони кСЦлометрСЦв; цей факт дозволяСФ встановити, що маса фотона не перевищуСФ 6x10-16 еВ (Л. ДевСЦс та СЦн., 1975 p.). ДослСЦдження сонячноСЧ магнСЦтосфери дозволяСФ уточнити масу фотона ще на порядок (Д. Д. Рютов, 1997 p.).

Може виникнути запитання: навСЦщо потрСЦбнСЦ такого роду дослСЦдження, якщо, вСЦдповСЦдно до сучасних теоретичних уявлень, фотон уважають безмасовою й незарядженою частинкою? Однак фСЦзика тАФ наука експериментальна, а фСЦзичнСЦ теорСЦСЧ грунтуються на спостереженнях СЦ дослСЦдах. НульовСЦ маса й заряд фотона тАФ це експериментальний факт, а не теоретичний висновок, тому треба використовувати будь-яку можливСЦсть перевСЦрити емпСЦричнСЦ пСЦдстави теорСЦСЧ на вищому рСЦвнСЦ чутливостСЦ.

Завдяки астрономСЦчним спостереженням була уточнена цСЦла низка "астивостей дотепер багато в чому загадковоСЧ частинки тАФ нейтрино. Тут важливу роль вСЦдСЦграв спалах надновоСЧ SN1987A у ВеликСЦй МагеллановСЦй ХмарСЦ. НагадаСФмо, що спалах спостерСЦгали 23 лютого 1987 p., а насправдСЦ ця подСЦя вСЦдбулася приблизно 170 000 рокСЦв тому. Ще до вСЦзуального виявлення надновоСЧ СЧСЧ спалах був зареСФстрований чотирма нейтринними телескопами тАФ КамСЦоканде (ЯпонСЦя), 1MB (США), Монблан (ФранцСЦя) СЦ Баксан (СРСР). ЦСЦкаво вСЦдзначити, що за всю СЦсторСЦю нейтринноСЧ астрономСЦСЧ дотепер були ототожненСЦ лише два джерела, друге з них тАФ Сонце). Так, детектор КамСЦоканде зафСЦксував 11 нейтрино з енергСЦСФю вСЦд 7.5 до 35 МеВ, якСЦ були зареСФстрованСЦ протягом 12.5 секунди, причому першСЦ вСЦсСЦм частинок тАФ всього за двСЦ секунди. За рСЦзницею моментСЦв реСФстрацСЦСЧ нейтринного спалаху вдалося вимСЦряти затримку приходу нейтрино рСЦзних енергСЦй, а звСЦдси установити обмеження на масу нейтрино. Добре вСЦдомий у ядернСЦй фСЦзицСЦ "часово-пролСЦтний метод", який застосовуСФться зазвичай для вимСЦру енергетичного спектру частинок з вСЦдомою масою, у цьому випадку, навпаки, був застосований для визначення маси частинок з вСЦдомою енергСЦСФю. АналСЦз усСЦх отриманих спостережень дозволив обмежити зверху масу електронних нейтрино величиною 20 еВ, що на той час було одним СЦз найточнСЦших результатСЦв. Недавно ретельнСЦший аналСЦз накопичених експериментальних даних дозволив уточнити цю оцСЦнку й знизити верхню межу маси нейтрино до 5.7 еВ. РЖз тих самих даних ще були отриманСЦ верхнСЦ обмеження на величини магнСЦтного дипольного моменту й електричного заряду електронного нейтрино, враховуючи ту обставину, що довжина траСФкторСЦСЧ й час проходження нейтрино, яке взаСФмодСЦСФ з магнСЦтним полем Галактики, мають залежати вСЦд енергСЦСЧ частинки. А вСЦдсутнСЦсть гамма-сплеску, що збСЦгаСФться за часом з нейтринним спалахом, дала змогу обмежити знизу час життя нейтрино для будь-яких каналСЦв розпаду, котрСЦ супроводжуються появою в кСЦнцевому станСЦ фотонСЦв. РЖнформацСЦя щодо трьох десяткСЦв зареСФстрованих нейтрино вСЦд SN 1987A виявилася настСЦльки цСЦнною, що в наш час кСЦлька нейтринних детекторСЦв постСЦйно перебувають у режимСЦ очСЦкування наступноСЧ надновоСЧ зорСЦ поблизу ЗемлСЦ. НадновСЦ зорСЦ в подСЦбних до нашоСЧ галактиках з'являються в середньому один раз на 30тАФ50 рокСЦв.

КрСЦм внеску у вивчення "астивостей нейтрино, вимСЦр тривалостСЦ нейтринного спалаху надновоСЧ SN1987A дав змогу встановити, що в природСЦ немаСФ так званих аксСЦонСЦв (гСЦпотетичних частинок, якСЦ слабо взаСФмодСЦють з речовиною) з масою понад 10-3 еВ, хоча СЦснування легших аксСЦонСЦв поки що не заперечуСФться. РСЦч у тому, що такСЦ частинки мають СЦнтенсивно випромСЦнюватися ядром надновоСЧ та майже не затримуватися зовнСЦшнСЦми шарами. АксСЦони швидко охолодили б ядро, тому тривалСЦсть спалаху була б коротшою за спостережувану. ЦСЦла низка обмежень щодо дСЦапазону можливих характеристик аксСЦона (та СЦнших гСЦпотетичних легких слабо взаСФмодСЦючих частинок) також була отримана з астрофСЦзичних даних. Зокрема, якщо такСЦ частинки СЦснують СЦ досить ефективно взаСФмодСЦють зСЦ звичайними частинками (наприклад, з електроном), то вони можуть виникати в ядрСЦ зорСЦ й виносити енергСЦю крСЦзь СЧСЧ щСЦльнСЦ зовнСЦшнСЦ шари. У результатСЦ швидкСЦсть еволюцСЦСЧ для багатьох типСЦв зСЦр СЦстотно змСЦнюватиметься. Спостережувана швидкСЦсть еволюцСЦСЧ цих зСЦр дозволяСФ встановити обмеження на деякСЦ характеристики гСЦпотетичних слабо взаСФмодСЦючих аксСЦоноподСЦбних частинок, на такСЦ, як СЧхня маса й константа зв'язку з електроном СЦ нуклонами.

Якщо СЦснують безмасовСЦ скалярнСЦ й векторнСЦ бозони, то може змСЦнюватись взаСФмодСЦя мСЦж звичайними частинками, яка не зводиться до чотирьох вСЦдомих взаСФмодСЦй. Обмеження констант зв'язку таких гСЦпотетичних бозонСЦв зСЦ звичайними частинками можна дослСЦдити в експериментах з пошуку так званоСЧ п'ятоСЧ сили. Прояв додатковоСЧ далекодСЦючоСЧ взаСФмодСЦСЧ зводився б до порушення принципу еквСЦвалентностСЦ. РЖнакше кажучи, тСЦла рСЦзного складу в однаковому гравСЦтацСЦйному полСЦ падали б з рСЦзним прискоренням. Можна стверджувати, що першСЦ перевСЦрки принципу еквСЦвалентностСЦ провСЦв ще СЦталСЦйський учений ГалСЦлео ГалСЦлей (1564тАФ1642), коли кидав гарматнСЦ ядра й кулСЦ з ПСЦзанськоСЧ вежСЦ. Додаткова взаСФмодСЦя мСЦж тСЦлами СонячноСЧ системи приводила б до спостережуваноСЧ змСЦни СЧхнСЦх орбСЦт, яка не описуСФться ньютонСЦвською теорСЦСФю з релятивСЦстськими поправками. ВСЦдсутнСЦсть таких збурень в орбСЦтах планет дозволяСФ накласти дуже жорсткСЦ обмеження на можливСЦ "астивостСЦ гСЦпотетичних частинок тАФ переносникСЦв "п'ятоСЧ сили".

УсерединСЦ СонячноСЧ системи рух тСЦл добре описуСФться ньютонСЦвським законом усесвСЦтнього тяжСЦння з урахуванням релятивСЦстських поправок, але за СЧСЧ межами виникають деякСЦ труднощСЦ. Давно вСЦдомо, що рух зСЦр та СЦнших об'СФктСЦв у ГалактицСЦ, якщо враховувати лише спостережувану речовину, не узгоджуСФться з законом обернених квадратСЦв вСЦдстаней тАФ крива обертання Галактики ближча до "твердотСЦльноСЧ", нСЦж до "кеплерСЦвськоСЧ". АналогСЦчнСЦ проблеми виникають СЦ пСЦд час аналСЦзу кривих обертання СЦнших галактик, а також пСЦд час розгляду динамСЦки скупчень галактик (Ф. ЦвСЦккСЦ, 1937 р.) СЦ утворення великомасштабноСЧ структури ВсесвСЦту. Наведена неузгодженСЦсть вСЦдома як проблема прихованоСЧ маси. СпостережуванСЦ кривСЦ обертання можна легко СЦнтерпретувати, якщо прийняти постулат про СЦснування деякоСЧ речовини, котра не спостерСЦгаСФться звичайними астрономСЦчними засобами, вСЦдносно рСЦвномСЦрно розподСЦлена в ГалактицСЦ й даСФ свСЦй внесок у гравСЦтацСЦйне притягання, причому цСЦСФСЧ так званоСЧ темноСЧ матерСЦСЧ повинно бути набагато бСЦльше, нСЦж спостережуваноСЧ! Хоча на роль темноСЧ матерСЦСЧ висувалися рСЦзного роду несвСЦтнСЦ або слабкосвСЦтнСЦ об'СФкти, що складаються зСЦ звичайноСЧ "барСЦонноСЧ" речовини (бСЦлСЦ, коричневСЦ й субкоричневСЦ карлики, нейтроннСЦ зорСЦ, планетари, "снСЦжки" та СЦн.), тепер найбСЦльш обгрунтованим вважаСФться погляд, що темна матерСЦя СФ переважно небарСЦонною. Такою речовиною, яка взаСФмодСЦСФ зСЦ звичайною матерСЦСФю практично лише гравСЦтацСЦйно, уважаються так званСЦ ШРЖМРи (Weakly Interacting Massive Particle тАФ слабо взаСФмодСЦюча масивна частинка). Зауважимо, що СЦснування частинок саме з такими "астивостями передбачають сучаснСЦ теорСЦСЧ суперсиметрСЦСЧ (SUSY-теорСЦСЧ), якСЦ зводяться до дальшого узагальнення СтандартноСЧ моделСЦ, тобто вСЦдомоСЧ нам фСЦзики елементарних частинок. SUSY-теорСЦСЧ передбачають наявнСЦсть дуже важких партнерСЦв у всСЦх "звичайних" частинок, причому найлегша серед цих суперсиметрич них частинок тАФ нейтралино тАФ маСФ бути стабСЦльною. ТакСЦ частинки принаймнСЦ на порядок важчСЦ вСЦд протона. УтворенСЦ в момент Великого Вибуху, вони через дуже короткий час практично перестають взаСФмодСЦяти з речовиною, а СЧхня подальша взаСФмодСЦя з навколишнСЦм свСЦтом надто слабка. КрСЦм внеску в динамСЦку гравСЦтацСЦйно зв'язаних об'СФктСЦв (галактик СЦ СЧхнСЦх скупчень) та ВсесвСЦту як цСЦлого, WIMPh можуть проявитись пСЦд час розсСЦювання на атомних ядрах (у принципСЦ такСЦ зСЦткнення можна зареСФструвати в лабораторСЦСЧ, експерименти уже проводяться), а також завдяки гравСЦтацСЦйному захопленню небесними тСЦлами (Сонцем, Землею) СЦ наступноСЧ поступовоСЧ анСЦгСЦляцСЦСЧ частинок, якСЦ накопичуються в потенцСЦйнСЦй ямСЦ. В останньому разСЦ слСЦд очСЦкувати випромСЦнення нейтрино високих енергСЦй. Пошук потоку таких частинок з надр Сонця й ЗемлСЦ проводиться на нейтринному телескопСЦ AMANDA, розташованому в товщСЦ льоду на ПСЦвденному полюсСЦ.

КрСЦм нейтралино, певну частку до прихованоСЧ маси можуть вносити СЦншСЦ гСЦпотетичнСЦ частинки: згаданСЦ вище аксСЦони, важкСЦ нейтрино, космСЦони, магнСЦтнСЦ монополСЦ, а також такСЦ екзотичнСЦ об'СФкти, як космСЦчнСЦ струни, текстури й СЦншСЦ топологСЦчнСЦ дефекти просторутАФчасу, тСЦньова (дзеркальна) матерСЦя. Усе це активно обговорюють теоретики. Спектр анСЦзотропСЦСЧ релСЦктового випромСЦнювання, недавно вимСЦряний з високою точнСЦстю супутником WMAP, дозволив оцСЦнити частку гарячоСЧ й холодноСЧ темноСЧ матерСЦСЧ (легких СЦ важких частинок у складСЦ прихованоСЧ маси), а також так званоСЧ темноСЧ енергСЦСЧ. РЖз цих даних разом з СЦншими спостереженнями було виведене верхнСФ обмеження на суму мас всСЦх типСЦв легких стабСЦльних нейтрино: Zm, < 0.7 еВ.

Варто згадати про недавнСФ вСЦдкриття оiиляцСЦй сонячних нейтрино. Так звана проблема сонячних нейтрино, яка зводиться до нестачСЦ спостережуваного потоку нейтрино для пояснення свСЦтностСЦ Сонця, виникла ще наприкСЦнцСЦ 60-х рокСЦв минулого столСЦття, коли цей потСЦк був уперше вимСЦряний у знаменитому радСЦохСЦмСЦчному хлор-аргоновому експериментСЦ Р. ДевСЦса в пСЦдземнСЦй лабораторСЦСЧ Хоумстейк. НаступнСЦ радСЦохСЦмСЦчнСЦ експерименти, де як мСЦшень використовуються ядра галСЦю, а не хлору, пСЦдтвердили результати Р. ДевСЦса. ПотСЦк електронних нейтрино, якСЦ утворюються пСЦд час термоядерних реакцСЦй у сонячному ядрСЦ, досить жорстко прив'язаний до свСЦтностСЦ Сонця. На ЗемлСЦ вСЦн маСФ становити приблизно 60 млрд. частинок за секунду на один квадратний сантиметр, проте спостережуваний потСЦк удвСЦчСЦ чи втричСЦ менший за передбачуваний. НеузгодженСЦсть експериментальних СЦ теоретичних даних можна пояснювати недосконалою теорСЦСФю про будову Сонця або невСЦдомими "астивостями нейтрино. Не бракувало запропонованих сонячних моделей, якСЦ зменшували нейтринний потСЦк, але всСЦ вони з тих чи СЦнших причин виявилися незадовСЦльними.

Експеримент SNO (Solar Neutrino Observatory) вперше дав змогу вимСЦряти повний потСЦк усСЦх (а не тСЦльки електронних) нейтрино вСЦд Сонця. Виявилося, шо цей потСЦк близький до передбачень стандартних сонячних моделей, але бСЦльша частина нейтрино, утворених у ядрСЦ Сонця як електроннСЦ, на шляху до ЗемлСЦ перетворюються в нейтрино СЦнших типСЦв (мюоннСЦ й --нейтрино), до яких радСЦохСЦмСЦчнСЦ експерименти не чутливСЦ. ТакСЦ взаСФмоперетворення (оiиляцСЦСЧ) можливСЦ лише в тому разСЦ, якщо нейтрино мають масу. Цей результат СФ першим кроком за межСЦ СтандартноСЧ моделСЦ, яка "забороняСФ" переходи мСЦж поколСЦннями лептонСЦв СЦ постулюСФ нульову масу нейтрино. ОiиляцСЦйнСЦ експерименти можуть дати лише рСЦзницю квадратСЦв мас двох частинок, тому точний масовий спектр нейтрино поки що невСЦдомий, але вже зрозумСЦло, що принаймнСЦ два з трьох масових станСЦв нейтрино мають масу.

ДеякСЦ напрямки дослСЦджень "астивостей елементарних частинок астрономСЦчними методами, здебСЦльшого СФ СФдиною можливСЦстю вивчити тСЦ чи СЦншСЦ "астивостСЦ частинок з потрСЦбною чутливСЦстю. Той факт, що спостереження галактик СЦ зСЦр дають змогу дослСЦджувати поведСЦнку матерСЦСЧ на субатомних масштабах, на перший погляд здаСФться парадоксальним, але в цьому проявляСФться глибока СФднСЦсть фСЦзичного свСЦту.

ЛСЦтература


1. АстрономСЦчний календар на 2007 рСЦк (виданння ГАО АН УкраСЧни).

Страницы: Назад 1 Вперед