Большая Советская Энциклопедия (НЕ)

Электронные и мюонные нейтрино. После открытия мюонов, p^– и К-мезонов было установлено, что распад этих частиц также сопровождается вылетом Н.:

В 1957 М. А. Марков , Ю.Швингер и К.Нишиджима высказали предположение, что Н., рождающееся в паре с мюоном (n_m ), отлично от Н., рождающегося в паре с электроном (n_е ). Возможность проверки этих ассоциативных свойств Н. с помощью ускорителей высокой энергии рассматривалась в СССР М. А. Марковым и Б. М. Понтекорво. Успешные опыты были осуществлены в 1962 на Брукхейвенском ускорителе в США и в 1964 в Европейском центре ядерных исследований (в ЦЕРНе). Было показано, что под действием Н. от распадов

p⁺ ® m + n_m , K⁺ ® m⁺ + n_m , (4)

происходит только реакция n_m + n ® p + m^– . Реакция n_m + n ® р + e^– не была найдена; это означает, что Н. от реакций (4) не рождают электроны. Т. о., было доказано существование двух разных Н. — n_m и n_e .

В 1964—67 в аналогичных опытах было установлено, что n_m при столкновении с ядрами рождает m^– и не рождает m⁺ , т. е. мюонные нейтрино n_m и антинейтрино

 также не тождественны и необходимо ввести ещё одно сохраняющееся лептонное число L_m.

Спиральность и лептонные числа нейтрино. До открытия несохранения чётности в b-распаде считалось, что Н. описывается волновой функцией, являющейся решением Дирака уравнения , и имеет четыре состояния, соответствующие четырём линейно-независимым решениям: два с проекцией спина на импульс (спиральностью) l = —¹ /₂ — левое (левовинтовое) Н. n_л и левое антинейтрино

 и два с l = + ¹ /₂ — правое (правовинтовое) Н. n_п и правое антинейтрино

. Теория Н., предполагающая существование четырёх состояний, называется четырёхкомпонентной, а двух состояний — двухкомпонентной. Примером двухкомпонентного Н. является майорановское Н.

Обнаружение в 1956 несохранения чётности открыло новую теоретическую возможность описания Н. В 1957 Л. Д. Ландау и независимо пакистанский физик А. Салам, а также Ли Цзун-дао и Ян Чжэнь-нин построили двухкомпонентную теорию спирального Н., в которой Н. имеет только два состояния: Либо n_л и

, либо n_п и

, т. е. Н. и антинейтрино имеют противоположные значения спиральности. Для спирального двухкомпонентного Н. операция пространственной инверсии Р (операция перехода от правой системы координат к левой) и операция зарядового сопряжения С (переход от частицы к античастице) каждая в отдельности не имеет физического смысла, так как переводит реальное Н. в нефизическое состояние с неправильной спиральностью. Физический смысл имеет только произведение этих операций — так называемая комбинированная инверсия (CP), превращающая реальное Н. n_л (n_п ) в реальное антинейтрино

с противоположной спиральностью.

В 1958 в Брукхейвене было проведено прямое измерение спиральности электронного Н., испускаемого в процессе ¹⁵² Eu^m (e^– ,n_e )¹⁵² Sm* (рис. 2 ), и найдено, что с вероятностью, близкой к 100%, n_e обладает левовинтовой спиральностью. Измерения спиральности мюонных Н. в распадах p⁺ ® m⁺ + n_m показали, что n_m тоже левое. Было также установлено, что

 и

 имеют правую спиральность (рис. 3 ).

Этих опытов, однако, недостаточно для подтверждения теории двухкомпонентного Н. Доказательством двухкомпонентности Н. являются опыты Райнеса по измерению сечения захвата антинейтрино (см. выше): сечение, в соответствии с двухкомпонентной теорией, оказалось в 2 раза выше, чем рассчитанное по четырёхкомпонентной теории. Хотя все проведённые с Н. опыты не позволяют исключить майорановский вариант двухкомпонентного Н., теория спирального двухкомпонентного Н. более предпочтительна, так как допускает введение лептонных чисел L_e и L_m , посредством которых удаётся получить все необходимые запреты в процессах с участием лептонов, например m^± ® e^± + g, е^– + р ® n + p^– + m⁺ , К^– ® p⁺ + е^– + m^– и др. Спиральная двухкомпонентная теория является логически более стройной и «экономной», так как из неё естественно вытекает равенство нулю массы и магнитного момента Н.

Помимо L_e и L_m , имеются и др. способы введения лептонных чисел (см. Лептонный заряд ).

Масса и магнитный момент нейтрино. Экспериментально невозможно исключить наличие у Н. очень малой массы. Наилучшая оценка верхнего предела массы электронного Н. получена из анализа формы спектра b-электронов трития: m_ne lb 60 эв (что почти в 10⁴ раз меньше массы электрона m_e » 510 кэв ). Для мюонного Н. экспериментальный предел значительно выше: m_nm lb 1,2 Мэв. Если масса Н. не строго равна 0, Н. может иметь магнитный момент и, следовательно, участвовать в процессах электромагнитного взаимодействия, например в реакциях

n_e + e^– ® n_e + e^– , n_m + p ® p + p° + n_m .

Эксперименты по поиску этих реакций дали следующие ограничения на величину магнитного момента:

где m_в — магнетон Бора, если

Осцилляции нейтрино . В 1958 Б. М. Понтекорво высказал гипотезу, что если масса Н. не строго равна 0 и нет строгого сохранения лептонных зарядов, возможны осцилляции Н., т. е. превращение одного вида Н. в другой (аналогично

осцилляциям К-мезонов вследствие несохранения странности взаимодействиях), например

и т.д. Вопрос об осцилляциях может быть решен лишь экспериментально.

Взаимодействия нейтрино

Как уже говорилось, взаимодействие Н. с др. частицами осуществляется посредством слабого взаимодействия. Современная теория универсального слабого взаимодействия (обобщённая теория Ферми), разработанная американскими учёными М. Гелл-Маном, Р. Фейнманом , Р. Маршаком и Е. Сударшаном, описывает все экспериментально наблюдавшиеся процессы с участием Н., а также предсказывает ещё не наблюдавшиеся, например упругое рассеяние Н. на электроне и мюоне: n_e + e ® n_e + e, n_m + m ® n_m + m. Эксперименты по рассеянию Н. на электроне по своей чувствительности близко подошли к возможности обнаружения этих процессов, однако, выделить их над уровнем фона пока не удалось.

Особый интерес представляет взаимодействие Н. при высоких энергиях. Согласно современной теории слабого взаимодействия, сечение рассеяния Н. на др. лептонах, например реакции n_m + е^– ® n_e + m^– , должно расти с ростом энергии пропорционально квадрату энергии в системе центра инерции (с. ц. и.) сталкивающихся частиц [или линейно в лабораторной системе (л. с.)]. Однако такой рост сечения взаимодействия в локальной теории Ферми не может происходить неограниченно, т.к. при энергиях ~300 Гэв в с. ц. и. сечение достигает своего естественного предела, определяемого так называемым условием унитарности (условием того, что суммарная вероятность всех возможных процессов при столкновении данных частиц равна 1). Можно ожидать, что при этих энергиях (если окажется справедливой современная теория) слабое взаимодействие станет «сильным» в том смысле, что сечения процессов множественного рождения лептонов станут сравнимыми с сечением двухчастичных процессов.

Экспериментально пока удалось исследовать только процессы взаимодействий Н. с сильно взаимодействующими частицами (адронами ). Наблюдались квазиупругие процессы типа n_e (n_m ) + n ® p + е^– (m^– ) и неупругие процессы, например n_e (n_m ) + n ® n (p) + е^– (m^– ) + Np + N'K +..., где N, N' — целые числа. Для квазиупругих процессов можно теоретически предсказать ход сечения с ростом энергии. Согласно гипотезе советских учёных С. С. Герштейна и Я. Б. Зельдовича , нуклон является носителем сохраняющегося «слабого заряда», аналогичного электрическому. Если это так, то «слабый заряд» (как и электрический) должен быть «размазан» по объёму нуклона и нуклон при взаимодействии с Н. должен вести себя как протяжённая частица. В то время как сечение квазиупругого рассеяния Н. на точечном нуклоне растет линейно с ростом энергии (в л. с.), на протяжённом нуклоне, как показывают расчёты, оно достигает постоянного значения при энергии Н. E_n = 1—2 Гэв. Эксперименты подтвердили эту гипотезу при E_n = 1—5 Гэв.