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太陽ニュートリノ問題太陽ニュートリノ問題は、30年以上のために同様に天体物理学者、核物理学者の両方で未解決のままである1謎です。 核物理学は、我々は恒星の物理を理解すると仮定して、それを予測し、我々は、特定の速度で太陽からのストリーミングニュートリノが表示されるはずです。 ニュートリノ望遠鏡を使用して残念なことに現在の観測は、実際に観測された実際の数は現在の標準太陽モデル(SSMの)によって予測されたことの約3分のことが判明し、ケースのようにではない、これを示しています。この不一致は、長年にわたって多くのheadscratchingを起こし、太陽モデル上のいくつかの疑問を投げかけています。 可能な解決策は、自分自身のためのSSMが、素粒子物理学のモデルと同様に、宇宙の究極の運命の問題のみならず影響を与える可能性があります。 オンタリオ州、カナダのサドベリーニュートリノ観測所(SNO)からの最近のデータは、いくつかのステップ近づく決定的な答えに私たちを入れているが、意味は何ですか、そしてどこに我々はここから行くのですか?ニュートリノとは何ですか?ニュートリノはゼロ電荷を持っている基本的な粒子、非常に高速で、非常に低質量や旅行です。 物質との相互作用は非常に弱く、彼らは実際に彼らの存在が明らかnonconservationを説明するためにパウリによって提案された25年後、1956(サウスダコタ州Homestake鉱山で洗浄液の615トンを使用した実験では)までは検出されなかった ベータ崩壊プロセス時のエネルギーと運動量(放射能を参照)。ベータ崩壊では中性子が陽子、電子(また、ベータ粒子とも呼ばれる)と反電子ニュートリノ(普通の電子ニュートリノの反対粒子)を生成するために減衰するプロセスです。 通常は、任意の物理的過程で、エネルギーがconserveditは、このような動き、熱、例えば、ヘアドライヤーのサウンドに電気ように、エネルギーの一種から別のものに変換することができるが、それを破棄することはできません。 我々はニュートリノを知っていた前に、ベータ崩壊のプロセスは、この基本原則1に違反するように見えた。電子ニュートリノ(電子)、ミューニュートリノ()とタウニュートリノ()、加えてそれらに関連する反粒子、合計6つを作る:ニュートリノの3種類があります。のSSMによると、Sunは唯一電子ニュートリノを生成します。 これは恒星coresoneの過酷な環境の中でそのようなメカニズムは、Sunのコアに深くboron8(8B)のベータ崩壊で発生していることで多くのプロセスがあります。 生産ニュートリノのエネルギーが、彼らは現在の技術(他の反応はニュートリノの多量を生成しますが、、まだ我々は、低エネルギーのためにそれらを検出することはできません)で検出可能になるれる最小しきい値を超えているとして、この反応は、特に重要です。 ニュートリノこのタイプの(またはフレーバー)がSN1987A、大マゼランで観察された超新星爆発の方向から来て検出されたすべての星のコアにと19ニュートリノの超新星explosionsaの合計でさらに大きな数の膨大な量で生産されている 1987年2月にクラウド。 収集されたデータは実際には、1058ニュートリノ(58ゼロが続く1だが!)爆発alone2の第一、第二の間に放出されたことを示した。 星では、生産さニュートリノの実際の量は、星自体の中に条件に依存する。彼らは弱くしか相互作用しているので、星のコアで生産ニュートリノは星の外層にも、との衝突、そしてにエネルギーを失うことなく、脱出することができます。 空中を飛んでいるボールを想像してみてください。 空気抵抗は​​少しそれが遅くなりますが、それはまだ公正な距離を移動する。 今、水の代わりに空気を通って、同じ力で投げ、同じボールを想像してみてください。 水が閉塞の多くを発生しますし、ボールはそれをdown3を遅くする、より多くのエネルギーを失うことになります。彼らが地球に到達した時点で、弱い相互作用するので、だから、チャンスはそれぞれのニュートリノは、それが星を去ったとき、それが持っていたのと同じエネルギーを持っていることである。 これは、我々は地球上でここで検出器に到達した太陽ニュートリノのフラックスを見て、太陽の核の状況を知ることができることを意味します。どのように我々はそれらを検出か?だから我々は実際にそれらを検出することについてどのように行くのですか? いくつかの検出器は、この目的のために世界を中心に構築された、オンタリオ州サドベリーニュートリノ観測所(SNO)は直近の一つであり、それはほぼ10,000光電子増倍管に囲まれた重水の1,000トンで構成されています。 検出器は、ニュートリノがごく少数が毎日やり取りSNO検出器を通過する数十億中性子毎秒、weaklyof対話のでそれほど大きくなければならない。状況は、宇宙線の存在によってさらに複雑になります。 シャワーは主に水素とヘリウムの原子核が、そのような電子、陽電子やニュートリノなどの他の粒子の小さな数字でも存在しているから構成されています。 彼らが記録されたイベントの数に影響を及ぼすことを防ぐために、そう、地球の表面に到達したときに宇宙線が吸収され、SNOは、地下の古い鉱山2キロに建てられました。検出器では、3つの反応が発生する可能性があります:オピニオン> ppea反応電流(CC)XD> pnxa中性電流反応(NC)eは電子を表し、nは中性子でのxe>のxe弾性散乱反応(ES)に帯電し、pはプロトンであり、dは重陽子である( 核は陽子と中性子から成る)、xはneutrino4 3つのタイプのいずれかを表すことができる。重水素核はニュートリノを吸収するとき、それは陽子と中性子(中性カレント反応)または2つの陽子と電子(荷電カレント反応)のいずれかを生成するために減衰することができます。 充電された電流の反応で発生した電子は、それらが荷電粒子は光よりも大きい速度で透明な媒体を介して移動するときに発生するソニックブームのチェレンコフradiationthe電磁同等を放出すること水を介してそのような高速でエネルギーや旅行の大部分を運び去る 同じmedium5た。 放出された光子は、光電子増倍管によってピックアップされたときにこれが検出器に記録されSNOがdetectanイベントにデザインされた反応の一種です。充電された電流反応のみ電子ニュートリノで発生しながら、中性電流反応はニュートリノの3つのタイプのいずれかを含むことができる。 同様に、弾性散乱反応は、すべての3つの味で発生することができますが、この種の反応は、他の2つのタイプのいずれかにより電子ニュートリノに敏感であり、重水素に固有のものではありません、それは他のfluids6で発生する可能性があります。ニュートリノが見つからない?そこで彼らが地球に到達したとき、我々は、Sunのコアで生産されていニュートリノを検出することができ、その後、それは確かにそれだ、問題はどこにありますか。 残念なことに、検出された実際の数は、SSMのは、それがあるべきと、偶然、ニュートリノの3種類がある言うことの約3分の1である。 素粒子物理学の奇妙な世界では、そこに同じ家族の他のメンバーに崩壊することができ、粒子のいくつかの種類があり、それはニュートリノがこれらのいずれかであることが考えられている。 もしそうなら、これは理論値と長年にわたって様々な検出器により検出された実際の率との矛盾を説明するであろう。だからSNOで物理学者は、それらのデータから何を発見した? 彼らは、に位置するスーパーカミオカンデ(SK)、別の太陽ニュートリノ検出器によって行われた弾性散乱反応(ES)から得られた太陽ニュートリノのより包括的なフラックスの測定と、その検出器の荷電カレント反応(CC)から太陽電子ニュートリノのフラックスを比較した アトミックelectrons7オフ弾性散乱を介して太陽ニュートリノを検出した、日本。 太陽ニュートリノが地球への旅に味を変更しない場合は、電子フラックスは荷電カレント反応(SNO)のから決定は、電子散乱の反応からxフラックス(SK)で、すなわちCC = ESと同じでなければなりません 。 しかし、ES CCよりも大きいことが判明した場合、その含意は太陽ニュートリノが実際に型8を変更しないということです。ResultsWhenはSNOチームが彼らのデータを分析し、彼らは検出器によると、CCはsecond9 1平方センチメートルあたり175万ニュートリノである、ことがわかった。 比較では、SKチームはES 232万10であることがわかった。 これは毎秒平方センチメートル当たり057万ニュートリノの不一致であり、考慮に両方の結果の不確実性を取って、SNOチームがニュートリノの他のフレーバーは、太陽フラックスに存在しているという強力な証拠があることが示されている、それは可能性がある、すなわち 太陽ニュートリノは宇宙を通じて旅に変更タイプの作業を行うこと。 その結果を使用して、彼らは現在の太陽models11の予測とほぼ一致している毎秒平方センチメートル当たり544万ニュートリノであると全太陽ニュートリノのフラックスを計算した。より最近では、SNOチームは、検出器槽内の水に塩の二トンを添加することにより中性電流磁束を測定した。 この測定では、私達にそれはニュートリノの3種類すべてに敏感であるように太陽から地球に到達するニュートリノの合計数を指示します。 この実験では、彼らは、CC測定から前回予想との合意では、第2の1平方センチメートルあたり521万ニュートリノになる全光束を見つけました。ニュートリノが通過することを崩壊プロセスは製品としての3つのタイプのいずれかを生成するに等しいチャンスがある、太陽電子ニュートリノの数の観測が唯一のモデルから期待されているのか三分の一である結果が得られているという事実は、理にかなっているので、 。 約onethirdように経路長天文単位、太陽と地球の間の距離の大きさにわたって、ニュートリノの分布は多かれ少なかれさえ分布に落ち着く、彼らはここで我々の検出器に到達した時点で、それぞれのタイプのものである 地球。尾でツイスト?物語はしかし終わるかなり場所ではありません。 もともとは、ニュートリノが光の速度で走行質量のない粒子であったが、質量のない粒子が、彼らは確かに彼らの味が、彼らはそのため、しなければならない、質量を持っていることを確認し変更ないように証拠、同じ家族の他のメンバーに崩壊しないことと考えられていた 大幅に遅く移動する。 これは、素粒子物理学のための含意があり、ニュートリノが質量を持っていないという事実は、今では標準モデルに組み込まれる必要があります。この結果は、宇宙モデルの結果を有する。 それはminusculetheyは暗黒物質のかなりの割合、あるいは宇宙の '行方不明マス'を占める可能性が絶対にある場合ニュートリノはmassevenしている場合。 これは、銀河の観測結果は、彼らは我々が実際に見ることができるよりもはるかに多くの問題を含んでいるかのように回転されるようにそれらを示す理由を説明するに役立つだろう。 ダークマターとニュートリノのためのよりしかし多くの候補者が不足しているだけの質量の小さな割合を占める可能性が高いがあります。 しかし、少なくとも我々は、彼らがそこにあることを知っている!パズルはまだ完全に解決されていない、研究は続けている、SNOからもっと結果を近い将来に発表される予定であり、疑いは多くのデータは、今後数年間でSNOとSuperKamiokande12チームがすることによって得られるであろう。 謎が解かれるように近くに見えますが、物語はまだ終わっていない。さらにReadingTheサドベリーニュートリノ天文台、サドベリーニュートリノ天文台協会(SNOI)(SNO検出器のいくつかの素晴らしい画像を含む)ケイティPennicottは、物理学の世界、巻、 '太陽ニュートリノのパズルは解決さ'。 14、7号、(2001年7月)ジョン·グリビン、不足しているニュートリノの場合。 ペンギン、2000年エイドリアンチョー2001年6月、新しい科学者、23、 '失われたと見られる'この背後にある物理1Aの記述はアディソンウェズリー、P253、P255(1996)2Youngとフリードマン、大学の物理学、第9版が公表大学物理学と呼ばれる若者やフリードマンの本、第9版、で見つけることができます。 アディソンウェスリー、P253、P255(1996)3このは簡略化された類推ですが、状況がreality.4The SNOコラボレーションでニュートリノは、physごとに異なります。 牧師Lett。 87、071301(2001)5Ianリドパススポケーン、天文学のオックスフォード辞書。 オックスフォード大学出版局は、P81(1997)6Other検出器はothers.7Sの中普通ガリウム水、そしてchlorine37における弾性散乱反応からニュートリノのフラックスを測定するために構築されています。 Fakudaらは、phys。 牧師Lett。 86、p5651(2001)8The SNOコラボレーションは、phys。 牧師Lett。 87、071301(2001)9The SNOコラボレーションは、phys。 牧師Lett。 87、071301(2001)10S。 Fakudaら、Phyは。 牧師Lett。 86、p5651(2001)11The SNOコラボレーションは、phys。 牧師Lett。 87、071301(2001)12On 2001年11月12日、内破数千の光電子増倍管につながっSuperKタンクの補充中の事故。 検出器の再構築が完了し、検出器は、2002年12月に再び活動を開始した。
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