Электронное нейтрино

Данная статья была написана Владимиром Горунович для данного сайта и сайта "Викизнание".

Электронное нейтрино (ν_e) — легчайшая элементарная частица с ненулевой величиной массы покоя, квантовое число L=1/2 (спин = 1/2) - группа лептонов, подгруппа электрона, электрический заряд 0 (систематизация по полевой теории элементарных частиц).

Гипотеза о существовании электронного нейтрино была предложена Вольфгангом Паули в 1930 году, а экспериментально обнаружено в 1956 году командой под руководством Клайда Коуэна и Фредерика Райнеса.

Оглавление

• • 1 Электронное нейтрино в полевой теории

  • 2 Электрическое поле электронного нейтрино

  • 3 Электронное нейтрино и фундаментальные взаимодействия

  • 4 Молекулярные соединения электронных нейтрино

  • 5 Роль электронного нейтрино в красном смещении

  • 6 Роль электронного нейтрино в фоновом космическом излучении

  • 7 Энергия солнечных электронных нейтрино и ее влияние на Землю

  • 8 Поток солнечных электронных нейтрино

  • 9 Электронное нейтрино и нейтринные осцилляции

где θ - угол между вектором дипольного момента P_ν и направлением на точку наблюдения А, r₀ - нормировочный параметр (величина указана справа от формулы), ε₀ - электрическая постоянная, r - расстояние от оси (вращения переменного электромагнитного поля) элементарной частицы до точки наблюдения А, h – расстояние от плоскости частицы (проходящей через ее центр) до точки наблюдения А, h_e - средняя высота расположения электрического заряда в нейтральной элементарной частице (равна s/2), |...| - модуль числа, p_v - величина вектора P_ν. В системе СГС отсутствует множитель

Напряженность E электрического дипольного поля электронного нейтрино (в ближней зоне 10s>r>s приблизительно), в системе СИ равна:

где

n — единичный вектор из центра диполя в направлении точки наблюдения (А), точкой (•) обозначено скалярное произведение, жирным шрифтом выделены вектора. (В системе СГС отсутствует множитель .)

3 Электронное нейтрино и фундаментальные взаимодействия

Электронное нейтрино не обладает слабым взаимодействием, поскольку данного взаимодействия в природе нет.

Как и все элементарные частицы, электронное нейтрино обладает электромагнитными взаимодействиями и еще гравитационным взаимодействием.

Чрезвычайно слабое взаимодействие электронного нейтрино с веществом вызвано отсутствием электрического заряда (но у электронного нейтрино остается дипольное электрическое поле), большим размером радиуса (так, для электронного нейтрино r >3 ∙10^-5 см) и ничтожно малой плотностью массы.

Потенциальная энергия взаимодействий двух электронных нейтрино

4 Молекулярные соединения электронных нейтрино

Согласно полевой теории элементарных частиц электронное нейтрино должно взаимодействовать с другими электронными нейтрино своими электромагнитными полями. Пример потенциальной энергии взаимодействия пары электронных нейтрино лежащих в одной плоскости с антипараллельными спинами приведен на рисунке.

Из рисунка видно наличие потенциальной ямы глубиной 1,54×10^-3 ev с минимумом на расстоянии 8,5×10^-5 см. Как видим, пара нейтрино должна обладать связанным состоянием с нулевым спином с энергией порядка 0,72×10^-3 ev (более точную величину можно определить с помощью квантовой механики).

Это связанное состояние будет напоминать молекулу водорода с той разницей, что в данной «молекуле» (ν_e2) нейтрино взаимодействуют своими электромагнитными полями. В результате крайне малой величины энергии связи молекула ν_e2 будет устойчивой в условиях близких к абсолютному холоду и при отсутствии столкновений с другими электронными нейтрино и не только.

Электронные нейтрино могут образовывать и более сложные связанные состояния, с большей величиной энергии связи, например ν_e4 (и др.). В результате во Вселенной должна существовать нейтринная форма материи в виде нейтринного газа, состоящего в основном из молекул ν_e2, значительно реже ν_e4.

Таким электронное нейтрино видится с точки зрения полевой теории элементарных частиц.

5 Роль электронного нейтрино в красном смещении

Согласно полевой теории элементарных частиц электронное нейтрино (как и любая другая элементарная частица) обладает постоянным электрическим и магнитным полем и переменным электромагнитным полем. Согласно классической электродинамики данные электромагнитные поля будут взаимодействовать с другими электромагнитными полями, в том числе и с электромагнитным полем фотона. Таким образом, прохождение фотона достаточной энергии через молекулярное соединение электронного нейтрино (ν_e2) может привести к его распаду на отдельные частицы и потерей фотоном малой части своей энергии. И чем большее расстояние фотон пролетит в космосе - тем больше он повстречает на своем пути молекулярных нейтрино значит и тем больше энергии он потеряет и соответственно сильнее будет красное смещение.

6 Роль электронного нейтрино в фоновом космическом излучении

При слиянии в межзвездном пространстве двух электронных нейтрино в молекулярное соединение (ν_e2) будет выделяться энергия в виде электромагнитного излучения, равная энергии связи соединения. Длина волны такого излучения согласуется с максимумом фонового космического излучения (участок спектра 996), исторически (по ошибке) называемого реликтовым излучением.

Слияние пары соединений электронных нейтрино (ν_e2) в более сложное соединение (ν_e4) согласуется со следующим пиком (участок спектра 34) фонового космического излучения.

Спектр фонового космического излучения

Спектр солнечных электронных нейтрино (расcчитанный)

7 Энергия солнечных электронных нейтрино и ее влияние на Землю

Поток солнечных электронных нейтрино через поверхность нашей планеты сегодня оценивается физикой как 0.66×10¹¹ нейтрино/(см² × с).

Переносимая электронными нейтрино кинетическая энергия, зависит от реакции, в которой эти нейтрино образовались:

• • p⁺ + p⁺ → ²Н + e⁺ + ν_e - 0.4202 МэВ (1)

  • p⁺ + е^- + p⁺ → ²Н + ν_e - 1,4422 МэВ (фиксир.) (2)

  • e^- + ⁷Be → ⁷Li + ν_e - 0.862 МэВ (фиксир.) (3)

  • ³He + p⁺ → ⁴Нe + e⁺ + ν_e - 18.77 МэВ (5)

плюс β+ распады:

• • ⁸B → ⁸Be + e⁺ + ν_e - 16.957(14.06?) МэВ (5)

  • ¹³N → ¹³C + e⁺ + ν_e - 1.198 МэВ (6)

  • ¹⁵O → ¹⁵N + e⁺ + ν_e - 1.732 МэВ(7)

  • ¹⁷F → ¹⁷O + e⁺ + ν_e - 1.738 МэВ (8)

где указана максимальная (или фиксированная) энергия, уносимая нейтрино.

Большинство (около 91%) составляют электронные нейтрино реакции (1). Участникам эксперимента Borexino, удалось зарегистрировать следы солнечных электронных нейтрино других реакций.

Согласно спектру солнечных электронных нейтрино (см. рис.), средняя энергия нейтрино реакции (1) у источника составляет 0.3 МэВ. Перемножив ее на площадь окружности с радиусом, равным среднему радиусу Земли (6371 км) и на поток солнечных электронных нейтрино, можно определить величину расчетной энергии, которая должна ежесекундно проноситься электронными нейтрино через Землю, без учета взаимодействия их с частицами на Солнце,и это будет (не менее) :

* 0.3 МэВ/нейтрино × 3.14159 ×6371000² м² × 0.66×10¹⁵ нейтрино/(м² × с) = 0.25248 ×10²⁹ МэВ/с = 4.045 ×10¹⁵ Вт.

Для сравнения, поток солнечной энергии будет:

1367 Вт/м² × 3.14159×6371000² м² = 1.743 ×10¹⁷ Вт.

Зная сферическое альбедо Земли (А=0.306), можно вычислить поток энергии электромагнитного излучения, поглощаемый Землей:

1.743 ×10¹⁷ Вт ×(1-А) = 1.743 ×10¹⁷ Вт ×(1-0.306) = 1.2096 ×10¹⁷ Вт.

Но сегодня физика задалась вопросом: а из чего следует, что на подлете к Земле солнечные электронные нейтрино будут обладать такой же энергией, как и в момент рождения. На пути от ядра солнца до наших нейтринных детекторов они встретят гигантское количество элементарных частиц, с которыми будут взаимодействовать - а значит обмениваться энергией. И это будут не только частицы отбирающие энергию, но и частицы добавляющие энергию: например фотоны, а также релятивистские протоны, электроны и др. частицы Солнца.

Сегодня физика оценивает величину потока кинетической энергии, переносимого солнечными электронными нейтрино и поглощаемого верхней мантией Земли, как 8 ×10¹⁵ Вт. По мере измерения реального спектра энергий солнечных электронных нейтрино, проходящих через Землю, данная величина будет уточняться.

И наконец цитата из новой статьи (Загадка солнечных нейтрино часть 3) согласно полевой теории элементарных частиц, основным природным источником энергии землетрясений, вулканической деятельности, тектонической деятельности, геотермальной деятельности, теплового потока, исходящего из недр Земли, является поток кинетической энергии солнечных электронных нейтрино, возникающий в результате термоядерных реакций на Солнце и проходящий сквозь нашу планету, что является следствием наличия у нейтрино электро-магнитных полей. Энергия солнечных электронных нейтрино разогревает в основном верхнюю мантию Земли. - Сегодня физика может это утверждать.

основным природным источником энергии землетрясений, вулканической деятельности, тектонической деятельности, геотермальной деятельности, теплового потока, исходящего из недр Земли, является поток кинетической энергии солнечных электронных нейтрино, возникающий в результате термоядерных реакций на Солнце и проходящий сквозь нашу планету", что является следствием наличия у нейтрино электромагнитных полей. Энергия солнечных электронных нейтрино разогревает в основном верхнюю мантию Земли

8 Поток солнечных электронных нейтрино

Наиболее чувствительным из созданных до настоящего времени типов нейтринных детекторов является галлиевый детектор электронных нейтрино с энергетическим порогом 0.233 МэВ. С его помощью производились эксперименты по регистрации потока солнечных электронных нейтрино GALLEX, SAGE и GNO. В результате этих экспериментов получены следующие данные:

• • GALLEX (результат за период 1991-1997 гг) ...... 77.5(SNU)

  • SAGE (результат за период 1990-2010 гг) ........ 65.4(SNU)

  • GNO (результат за период 1998-2002 гг) ......... 65.2(SNU)

где SNU - солнечная нейтринная единица — единица потока, принятая в нейтринной астрономии.

Наиболее точным экспериментальным значением является результат эксперимента SAGE 65.4 (SNU), что составляет 50.3% от теоретически предсказанного значения 130±8(SNU).

Согласно полевой теории элементарных частиц, галлиевый детектор не может улавливать солнечные электронные нейтрино реакции (1) прошедшие через Землю и потерявшие при взаимодействии с электронами вещества планеты значительную часть своей кинетической энергии (до уровня не выше энергетического порога детектора). В этом случае будет регистрироваться только 50% от теоретически предсказанного значения - электронные нейтрино не прошедшие через всю планету. - Галлиевый детектор ловит солнечные электронные нейтрино реакции (1) только в светлое время суток, что составляет 50% от продолжительности года.

Относительно солнечных электронных нейтрино реакции (1) с энергиями ниже энергетического порога галлиевого детектора можно сказать следующее: это в момент рождения они имели эту энергию, а по пути к поверхности Солнца могли ее значительно набрать, например, от фотонов. Если на просторах Вселенной фотоны могут терять часть своей энергии, передавая ее нейтрино (см. Красное смещение) то, что запрещает им делать именно это на Солнце. - НИЧЕГО!!! Только концентрация фотонов внутри Солнца будет в несравнимое число раз больше, да и плотность нейтрино будет соответствующей.

Таким образом, никакого дефицита солнечных электронных нейтрино реакции (1) составляющих около 91% всего потока солнечных электронных нейтрино в природе НЕТ! Имеет место потеря кинетической энергии солнечными электронными нейтрино от взаимодействия с электронами и ионами лавы при прохождении через вещество мантии Земли, делающая их невидимыми для нейтринного галлиевого детектора. - Сегодня физика может это утверждать.

9 Электронное нейтрино и нейтринные осцилляции

Понятное дело, поскольку нет дефицита солнечных электронных нейтрино реакции (1) составляющих около 91% всего потока солнечных электронных нейтрино (см. рис. Спектр солнечных электронных нейтрино) то и не было необходимости сочинять "научную" сказочку под названием "нейтринные осцилляции" - но раз ее сочинили и выдают за достижение науки, придется в ней разобраться.

Сначала цитата из Википедии:

Нейтри́нные осцилля́ции — превращения нейтрино (электронного, мюонного или таонного) в нейтрино другого сорта (поколения), или же в антинейтрино. Теория предсказывает наличие закона периодического изменения вероятности обнаружения частицы определённого сорта в зависимости от прошедшего с момента создания частицы собственного времени.''

''Идея нейтринных осцилляций была впервые выдвинута советско-итальянским физиком Б. М. Понтекорво в 1957 году. Наличие нейтринных осцилляций важно для решения проблемы солнечных нейтрино.

А теперь критика:

• • Утверждение о возможности самопроизвольного превращения нейтрино в антинейтрино противоречит законам электромагнетизма. У частицы и античастицы со спином отличным от нуля будут противоположные знаки магнитных моментов. Из того, что физика пока не в состоянии измерить магнитный момент нейтрино еще не следует его отсутствие в природе. Магнитный момент есть у нейтрона (нейтральной элементарной частицы с полуцелым спином), его величина определяется квантовой механикой с поправками от полевой теории элементарных частиц. Магнитный момент есть и у всех других нейтральных барионов (со спином 1/2). Тогда что запрещает нейтрино иметь магнитный момент. - Кроме некоторых сказочных "теорий" ничего не запрещает.

  • Утверждение о возможности самопроизвольного превращения одного типа нейтрино в другой также противоречит законам электромагнетизма. У разных элементарных частиц разные наборы квантовых чисел и соответственно разные поля и величины массы покоя. Поле не может самопроизвольно стать другим - поля трансформируются по законам поля: электромагнитные поля - по законам электромагнетизма. Ну а то, что превращения одних типов нейтрино в другие кроме того являются издевательством над законом сохранения энергии - к сожалению это стало нормой поведения некоторых современных "теорий" не утруждающих себя необходимостью считаться с законами природы.

  • Нейтрино могут превращаться друг в друга только в результате их реакций (распада или столкновений, при наличии достаточной кинетической энергии).

Понятно чего стоит "теория" предсказывающая наличие закона периодического изменения вероятности обнаружения частицы определённого сорта в зависимости от прошедшего с момента создания частицы собственного времени. - К физике это никакого отношения не имеет.

Не надо было заниматься подгонкой под экспериментальные данные - не пришлось бы сочинять сказку под названием "нейтринные осцилляции". Надо было внимательней посмотреть на работу галлиевого детектора и не забывать о том, что нейтрино это элементарные частицы и у них есть поля, в том числе и электромагнитные.

Владимир Горунович