Про нобелевку 2015 на пальцах™

[sly2m]

Нобелевскую премию по физике (как мы все с вами понимаем - главную из всех нобелевских премий) в 2015м году получили японец Такааки Кадзита и канадец Артур Макдональд за открытие массы нейтрино.

Что неудивительно. Япония и Канада сегодня являются лидерами в области нейтринных исследований (наряду с Антарктидой), за нейтрино будущее, нейтрино в каждый дом!

Это шутка. Нейтрино итак в каждом доме полным полно. Через квадратный сантиметр любого участка планеты Земля (включая участки вашего тела) в секунду проходят около 70 миллиардов солнечных нейтрино. Каждую секунду. И это считая только солнечные нейтрино, если не брать нейтрино от других звезд космоса.

Нейтрино - фундаментальная элементарная частица, которая рождается в центре Солнца при термоядерной реакции. Она практически при любой ядерной реакции рождается, даже при обычном природном радиоактивном распаде урана, Вселенная полна летающих туда-сюда нейтрино, они шпарят из всех звезд и галактик, как я уже говорил одно наше Солнце ежесекундно(!) производит порядка 10³⁸ этих частиц. Причем не задерживаясь Солнцем (они почти ничем вообще не задерживаются), те пролетают сквозь Солнце, потом, если в у вас сейчас ночь, сквозь планету, и в конечном итоге умудряются пролететь насквозь ваше тело, чтобы составить те 70 миллиардов частиц, ежесекундно щемящихся сквозь каждый квадратный сантиметр на поверхности Земли.

Нейтрино не имеют электрического заряда и движутся очень быстро, практически со скоростью света. Зафиксировать движутся ли они ровно со скоростью света, или все-таки чуточку медленней нашими приборами пока плохо получается. Многие возможно помнят нашумевшее пару лет назад заявление исследователей итальянского эксперимента OPERA, о том, что у них нейтрино двигались даже быстрее скорости света. Что породило шквал анекдотов и фотожаб в Интернете, ошибку в расчетах впоследствии нашли, но осадочек остался. Движутся ли нейтрино точно со скоростью света, или мала-мала, но медленней - очень важно для понимания их сущности. Это прямой ответ - имеют ли нейтрино массу (покоя), как раз то, за что в этом году дали нобелевскую премию.

Но решение этого вопроса ученые нашли совсем с другого конца, о чем и хочу сегодня рассказать на пальцах™.

Итак, нейтрино - нейтральные частицы, со скоростью почти или равной скорости света и массой почти или равной нулю. Плюс это еще и чрезвычайно трудноуловимые частицы! Например самый известный эксперимент по поимке и регистрации солнечных нейтрино (которые в количестве 70 миллиардов штук ежесекундно пронизывают каждый квадратный сантиметр поверхности планеты) за месяц своей работы смог зафиксировать 30 нейтрино. Не 30 миллионов, а 30 штук. В среднем по одному нейтрино за сутки. Тут не до взвешивания нейтрино и не до определения его скорости, тут хотя бы поймать его, и то огромная проблема.

Давно уже установили, что масса нейтрино должна быть очень-очень маленькой. Почти ноль. Или ровно ноль. Но вот почти или ровно, на это до сих пор не было четкого ответа.

Однако ученые решили пойти другим, кружным путем. Нам известно, что нейтрино бывают трех разновидностей, трех ароматов, трех сортов. Это электронное, мюонное и тау нейтрино, в каждой конкретной ядерной реакции рождаются совершенно определенные разновидности. Японец и канадец, получившие нобелевскую премию смогли доказать, что эти три вида нейтрино могут превращаться друг в друга. Хоть, тут как обычно, этой проблемой занимались целые институты, не только в Японии и Канаде, но и в США и в России тоже, однако премии все-таки дают конкретным людям, а не исследовательским группам. Причем выяснилось, что нейтрино не просто могут превращаться, а только тем и занимаются, что поочередно трансформируются друг в друга, тау превращается в мюонное, мюонное в электронное, а электронное опять в тау, и дальше по кругу. Этот процесс называется нейтринные осцилляции (т.е. превращения, собственно), такую идею еще в 60х годах выдвинул советский ученый итальянского происхождения Бруно Максимович Понтекорво.

Теперь, как же открытие нейтринных осцилляций позволило догадаться о наличии массы у нейтрино? Это казалось бы, не совсем связанные понятия, но внимательно следите за руками, точнее за пальцами!

Если у нейтрино существуют осцилляции (превращения), значит нейтрино - не застывший кусок энергии, для которого не существует времени. Раз частица претерпевает какие-то изменения в течении своей жизни, значит эта самая жизнь у нее есть. Значит нейтрино образно говоря "живет", имеет смену фаз - сегодня оно было электронным, а завтра уже мюонное. Такие или похожие превращения в мире элементарных частиц случаются, это не какая-то редкость, теперь вот обнаружили и у нейтрино.

Но если нейтрино превращается и живет, значит оно не двигается со скоростью света! Ибо только фотон, летящий со скоростью света не имеет понятия о времени, для него всегда "сейчас", время при движении со скоростью света полностью останавливается, а Вселенная застывает. Почему так происходит рассказывается в отдельном посте "Специальная Теория Относительности на пальцах™" Можно сказать, что с точки зрения фотона (это важно! именно с точки зрения фотона, а не стороннего наблюдателя!) времени вовсе не существует, а фотон движется из любой точки Вселенной в любую другую точку Вселенной абсолютно мгновенно, с бесконечной скоростью. Сама мысль о бесконечной скорости и мгновенном перемещении вызывает у физиков изжогу, от чего специальным научным указом фотон понизили в гражданских правах и запретили ему иметь свою точку зрения. Сколько наблюдателей во Вселенной, столько и точек зрения, и все они относительны друг друга (см. Теорию Относительности) и только у фотонов своей точки зрения нет, и быть не может, так решили ученые.

До скорости света добраться нелегко. Любой предмет, имеющий массу покоя, не может этого сделать, на это придется потратить бесконечную энергию, а у фотонов массы покоя просто нет, вот и энергию тратить не надо. Они сразу рождаются, живут и умирают со скоростью света, т.е. со своей точки зрения (которую у фотона, повторюсь, отобрали) - мгновенно, и никакой разницы между рождением, жизнью и смертью для фотона нет. Ну, а раз нейтрино претерпевает какие-то перемены, раз у него есть жизнь, значит движется оно со скоростью ниже скорости света. Значит имеет отличную от нуля массу покоя.

Что и требовалось доказать. Нейтрино имеют массу, за это и дали нобелевку по физику в этом году.

Comments

[vplusplus.livejournal.com]

Какой просветленный фотон-то оказался.

[sly2m.livejournal.com]

Если ты не знаешь времени, значит не знаешь перемен, не знаешь страданий, значит ты вышел из колеса сансары. Ты думаешь почему этот момент просветлением зовут? Становишься самим светом, становишься фотоном и время для тебя перестает иметь значение.

[hyperboreus.livejournal.com]

а фотон движется из любой точки Вселенной в любую другую точку Вселенной абсолютно мгновенно, с бесконечной скоростью.//

Странно. А как же скорость света (то бишь фотонов)?

[sly2m.livejournal.com]

Я ТАМ ДЛЯ КОГО ПИСАЛ - С ЕГО (ФОТОНА) ТОЧКИ ЗРЕНИЯ, КОТОРОЙ НЕТ!

[maikl-never.livejournal.com]

Если у фотона нет массы - значит он нематериален.
А сколько я срался даже с физиками на тему, что никакого времени не существует. Время - только условная линейка, на которой размечают стадии изменения материи.

[sly2m.livejournal.com]

> Если у фотона нет массы - значит он нематериален.

Не верно. Электромагнитное поле вполне себе материально. Хошь, молнией тебя шарахнет?

[kirill lukyanov (from livejournal.com)]

Ой, прекрасно.
Науку в массы!

[sevabashirov.livejournal.com]

1. NB анонс, ожидайте пост "Элементарные частицы на пальцах™" в самом ближайшем будущем

В контексте поста "самое ближайшее будущее" воспринимается как величины порядка 10^3 - 10^6 лет, а не так, как подразумевалось.

2. от чего специальным научным указом фотон понизили в гражданских правах и запретили ему иметь свою точку зрения.

С этого места поподробней. Это фигура речи или есть какой-то "научный указ", в котором оговаривается термин "точка зрения"?

[sly2m.livejournal.com]

1. Не, речь идет о нормальном человеческом ближайшем будущем. Пользователи особого засекреченного и закрытого коллективного блога уже смогли ознакомиться с черновым вариантом этого поста. Но с некоторых пор членство в этом блоге стало платным.

2. Шутка конечно это была. Ученые просто решили, что у фотона нет своей точки зрения, т.е. говоря по научному, не существует систем отсчета связанных с объектом, движущимся со скоростью света.

Это чисто волевое решение, чтобы голову не морочить бесконечными скоростями. Как запрет делить на ноль. Никто не запрещает (а некоторые даже умеют, если особый трюк знать), но для широкой публики объявили, что на ноль делить нельзя. Чтобы массы не беспокоить понапрасну, когда они начнут это делать и у них ум за разум начнет заходить.

Запрет делить на ноль это тоже в какой-то мере "указ". Для калькуляторов и школьников. Студентам мехмата на ноль делить не запрещается.

[nefigtut.livejournal.com]

не очень понятна импликация "значит движется оно со скоростью ниже скорости света. Значит имеет отличную от нуля массу покоя."
какой научный указ запрещает нейтрино двигаться со скоростью ниже скорости света и иметь нулевую массу покоя?

[sly2m.livejournal.com]

Да, есть такой закон в физике. Любое частица, движущаяся со скоростью света имеет массу покоя равную нулю. Любая частица, движущаяся НЕ со скоростью света имеет массу покоя отличную от нуля.

[northfan12.livejournal.com]

70 миллиардов!?
70000000000!?
70*10^9 !?
0_0

[sly2m.livejournal.com]

Да, почему нет. А через человеческое тело в целом несколько триллионов нейтрино в секунду.

Ну, это, кстати очень легко посчитать самому, даже школьник справится.

Известно количество нейтрино, испускаемых Солнцем в секунду (это тоже несложно посчитать, хоть младший школьник уже не справится). Мы знаем, что в Солнце горит водород, превращаясь в гелий, прекрасно изучили эту реакцию, знаем, сколько получается нейтрино в этой реакции, знаем массу Солнца, его светимость - расчет там не дюже сложный. Получается, как я уже говорил порядка 10³⁸ нейтрино в секунду. Это очень много. Это 10000000000000000000000000000000000000 нейтрино в секунду.

Теперь зная площадь поверхности шара радиусом с орбиту Земли очень легко посчитать, сколько из этого количество частиц придется на квадратный сантиметр этой поверхности.

[alterf.livejournal.com]

Сразу вспоминается классическое (http://www.kulichki.com/masha/vysotsky/pesni/tropy-etsche-v-antimir.html):
Пусть не поймаешь нейтрино за бороду
И не посадишь в пробирку,-
Было бы здорово, чтоб Понтекорво
Взял его крепче за шкирку!

[polos75.livejournal.com]

Мне кажется, вся эта неразбериха с фотоном - просто глюк в матрице.

[sly2m.livejournal.com]

Очень может быть. Только почему сразу "глюк"? Скорость света это просто скорость обсчета реальности Матрицей. Быстрее обсчитывать не получается, процессорной мощности не хватает. Потому-то у нас никакая информация быстрее, чем со скоростью света по пространству-времени не распространяется.

[sergio-az.livejournal.com]

Это какое-то теоретическое, даже где-то метафизическое блаблабла. За такое доказательство -и нобелевку?!

[sly2m.livejournal.com]

Нет. То, что я рассказал было известно еще в 60х годах. А сегодня (точнее несколько лет назад) был произведен опыт, (и не один), который подтвердил наличие нейтринных осцилляций (т.е. превращений их друг в друга). За него нобелевку и дали.

[evgus.livejournal.com]

Не понимаю, почему "осцилляция" отождествлена с "превращением", а не с "колебанием"? Это вольная авторская интерпретация?

[sly2m.livejournal.com]

Ну, какое же это колебание. Процесс официально по научному называется "нейтринные осцилляции" или "neutrino oscillation". Процесс описывает варианты "превращений" (тоже вполне научный термин, когда речь идет об элементарных частицах) одних типов нейтрино в другие. Все это гуглимо если нужны подтверждения.

Я думаю физики выбрали такой термин потому что превращения идут по кругу, как сменяют друг друга электрические и магнитные поля, вот и назвали осцилляциями.

[a-tribunskiy.livejournal.com]

А есть вообще подтверждение существования времени, как физического процесса? Кмк времени как такового не существует, это субъективное восприятие человеком циклической смены дня и ночи, времен года.
Если бы Земля не вращалась вокруг своей оси и вокруг солнца, то как бы узнали, что время существует?

[frank-fqc.livejournal.com]

Атомные часы продолжат тИкать даже за пределами Солнечной системы.

[kercenter.livejournal.com]

Т.е. массу открыли, но не посчитали? А известно, сколько энергии уносят нейтрино из Солнца?

[elf-from-lorien.livejournal.com]

Гроши.  Это если по-простому :)

[bamsic.livejournal.com]

За "словоблудие" дали, круто. :)

[dusty.livejournal.com]

За словоблудие дают премию по литературе.

[bamsic.livejournal.com]

За "словоблудие" дали, круто. :)

[alexmudryi.livejournal.com]

на самом деле, этим двоим дали Нобеля как раз за экспериментальное подтверждение существования нейтринных осцилляций

[morena-morana.livejournal.com]

Вот и еще одна тайна раскрыта. Как только это пригодится людям в обычной жизни?

[sly2m.livejournal.com]

Так как нейтрино пролетают сквозь что угодно, то теоретически (пока только теоретически!) ими можно просвечивать вообще что угодно. Для них нет преград, никакими свинцовыми стенами ЛЮБОЙ толщины от них не закрыться. Вообще, т.е. совсем. Солнечные нейтрино, которые мы фиксируем прилетают к нам из самого центра Солнца, там где идет термоядерная реакция. Пронизывая сотни тысяч километров Солнца. В отличии, скажем, от фотонов, которые прилетают к нам только с поверхности Солнца.

Нейтрино, например, можно просвечивать всю Землю. Насквозь. В поисках всяческих полезных ископаемых. Никакому рентгену это даже близко не по силам.

Но все пока теоретически и в планах, да. Ну, так наука так и работает. Сначала годная теория, затем полезные приложения.

[discoverdmyself.livejournal.com]

А кто-нибудь про гравитацию не думал так же, как про фотон? Ну, что с точки зрения наблюдателя, под названием "мы", гравитация не существует, а нас просто почему-то тянет к большим предметам. А есть какой-то более другой наблюдатель, с точки зрения которого, гравитация - это очень даже процесс, с которым можно как-то взаимодействовать - посчитать там, или как-то воздействовать (как например, мы умеем тормозить скорость электронного взаимодействия). Или ещё как-то?

[sly2m.livejournal.com]

Все только про это и думают. И ни у кого ничего путного не получается. Если гравитация это как электромагнитное поле, то у гравитации должен быть квант гравитации, как у ЭМ-поля есть квант поля - фотон.

И такой квант гравитации уже придумали. Даже имя ему дали - гравитон.

Только его никак найти не могут. Ибо у него обнаруживаются слишком фантастические свойства, легче признать, что гравитация это нифига не аналог ЭМ-поля, чем искать гравитон, которого нет.

[yanek.livejournal.com]

А что не так было с теми 30 нейтрино, которых таки поймали?
И почему остальных 70 миллиардов не заметили?

[alexey electron (from livejournal.com)]

Те 30 все-таки столкнулисть с веществом детектора и вызвали флуорисценцию, все остальные прошли детектор насквозь не слолкнувшись ни с чем.
Вот тут http://elementy.ru/LHC/HEP/measures/cross-section очень интересная картинка с пояснениями.

[cpq-net.livejournal.com]

Спасибо, все хотела почитать, чего там в физике открыли и за что премию выдали, а у вас вполне доступно и как раз в тему.

[gcugreyarea.livejournal.com]

Небольшая поправочка.
В системе отсчёта фотона он не движется с бесконечной скоростью.
В системе отсчёта фотона расстояние, которое ему нужно пролететь, равно нулю (лоренцевское сокращение длины), поэтому он пролетает его мгновенно.

[sly2m.livejournal.com]

И какую мы скорость получим, если разделим (по определению скорости) это расстояние на время?

[gul-kiev.livejournal.com]

Спасибо.
Непонятно только, как доказали, что эти осциляции происходят сами по себе, а не от взаимодействия с какой-нибудь другой частицей (например, с гипотетическим гравитоном или с другим нейтрино или с какой-то виртуальной частицей). Ведь превращаться при взаимодействии не запрещено и частицам с нулевой массой покоя.

[sly2m.livejournal.com]

Это, например, каким?

[gul-kiev.livejournal.com]

Ещё непонятный для меня момент. В википедии про нейтринные осцилляции в ваккуме написано:
Если масса нейтрино равна нулю (а её значение пока неизвестно) либо массы всех типов нейтрино равны, то такой процесс, теоретически, не должен иметь места. (https://ru.wikipedia.org/wiki/Нейтринные_осцилляции)
Но если массы разных типов нейтрино не равны, как нейтрино может само по себе, без какого-либо взаимодействия изменить массу? При этом ведь, кажется, нарушится какой-нибудь закон сохранения (энергии, в первую очередь, но и импульса тоже). Разве нет? Или тут получается какой-то квантовый фокус, например, что в пределах принципа неопределённости закон сохранения может и нарушаться (как при появлении виртуальных, а иногда даже и реальных частиц в вакууме)?

[sly2m.livejournal.com]

Не буду врать, я не знаю как точно и развернуто ответить на твой вопрос, сам туда глубоко не копал.
Мне кажется, что возможно (возможно!) они скорость меняют при превращении. Со скоростью меняется и масса, но не масса покоя, а эффективная масса, в смысле масса покоя + масса (энергия) движения.

[sabrer.livejournal.com]

— Чебурашка, смотри: нейтрино! =)
— Где?
— Ой, улетела нейтрино... ;-)

[smirnovadmin.livejournal.com]

Про интересную гипотезу прочитал где-то, по поводу возможной ответственности нейтрино за существование темной матери. А ведь и вправду, логики не
лишено. Это существенная недостача массы, которая оказывается видна в масштабе галактик, к примеру. Может нейтрино ее и составляют... Впрочем, наверняка светлые головы это дело уже проверили)

[mord08.livejournal.com]

Безнадежно спорить с нобелевским комитетом и раз кому-то дали, то и ладно...Но можно все-таки что-то сказать и только для того, чтобы пробудить чью-то мысль. Так вот, если вспомнить, что масса покоя получила свое математическое отображение только тогда, когда в уравнения была введена еще одна координата, то сразу придет в голову, что изменения скорости хотя и приводят к изменению значения массы, но...массы инерции (Ср. представления Лоренца о массах "поперечной", не зависящей от скорости, и массе "продольной" , от скорости зависящей. А ведь именно Лоренц с Пуанкаре были главными идеологами Теории относительности). Тогда станет просто не прилично путать эти два совершенно разных понятия. Масса покоя, надо добавить, появляется согласно представлениям Хиггса, которые он сформулировал в форме "Механизма Хиггса", основанного на теории тахионных полей, полей частиц, которые имеют скорости равные или больше скорости света, с участием пространства большей мерности. А поскольку, согласно СТО, скоростей такой величины в нашем мире быть не может, то это еще одно подтверждение того, что масса покоя создается у нас с его участием. К чему я веду? А к тому, что чтобы ни делать со скоростями физических объектов в нашем мире, массы покоя (массы, которая, согласно ОТО искривляет пространство нашего мира в пространстве большей мерности) изменить невозможно. А нейтрино... всего лишь кластер информации, который нужен для запуска всевозможных превращений, вызванных слабыми взаимодействиями. Хотите верьте, хотите - нет. От этого ничего не изменится....