Нейтрино ( / n uː ˈ t r iː n oʊ / или / nj uː ˈ t r iː n oʊ / ) ( обозначается греческой буквой ν ) — это фермион ( элементарная частица со спином 1/2 ) , который взаимодействует только через слабое взаимодействие и гравитацию . [2] [3] Нейтрино названо так потому, что оно электрически нейтрально и потому что егомасса покоя настолько мала ( -ino ), что долгое время считалось, что она равна нулю . Масса покоя нейтрино намного меньше массы других известных элементарных частиц, за исключением безмассовых частиц . [1] Слабое взаимодействие имеет очень малый радиус действия, гравитационное взаимодействие чрезвычайно слабое, а нейтрино не участвуют в сильном взаимодействии . [4] Таким образом, нейтрино обычно проходят через обычное вещество беспрепятственно и незамеченными. [2] [3]
Слабые взаимодействия создают нейтрино одного из трех лептонных ароматов : электронные нейтрино (
ν
е), мюонные нейтрино (
ν
мю), или тау-нейтрино (
ν
т), в ассоциации с соответствующим заряженным лептоном. [5] Хотя долгое время считалось, что нейтрино не имеют массы, теперь известно, что существует три дискретных массы нейтрино с разными крошечными значениями, но эти три массы не однозначно соответствуют трем ароматам. Нейтрино, созданное с определенным ароматом, представляет собой определенную смесь всех трех массовых состояний ( квантовая суперпозиция ). Подобно некоторым другим нейтральным частицам , нейтрино , как следствие, колеблются между разными ароматами в полете. Например, электронное нейтрино, возникающее в результате реакции бета-распада , может взаимодействовать в удаленном детекторе как мюонное или тау-нейтрино. [6] [7]Хотя по состоянию на 2019 год известны только различия между квадратами трех значений масс, [8] космологические наблюдения подразумевают, что сумма трех масс (< 2,14 × 10 -37 кг) должна быть меньше одной миллионной массы электрона ( 9,11 × 10–31 кг). [1] [9]
Для каждого нейтрино также существует соответствующая античастица , называемая антинейтрино , которая также имеет спин 1/2 и не имеет электрического заряда. Антинейтрино отличаются от нейтрино тем, что имеют лептонное число с противоположным знаком и слабый изоспин , а также правую, а не левую хиральность . Чтобы сохранить общее число лептонов (при ядерном бета-распаде ), электронные нейтрино появляются только вместе с позитронами (антиэлектронами) или электронами-антинейтрино, тогда как электронные антинейтрино появляются только с электронами или электронными нейтрино. [10] [11]
Нейтрино образуются в результате различных радиоактивных распадов ; следующий список не является исчерпывающим, но включает некоторые из этих процессов:
Большинство нейтрино, обнаруженных около Земли, происходят от ядерных реакций внутри Солнца. На поверхности Земли поток составляет около 65 миллиардов (6,5 × 10 10 ) солнечных нейтрино в секунду на квадратный сантиметр. [12] [13] Нейтрино можно использовать для томографии недр Земли. [14] [15]
Интенсивные исследования направлены на выяснение основной природы нейтрино с целью найти: