Справочник от Автор24
Найди эксперта для помощи в учебе
Найти эксперта
+2

Нейтрон-антинейтронные осцилляции как физическая гипотеза

Первым значение поиска и эмпирических исследований процессов, в которых происходит не сохранение барионного числа, в особенности, процессов нейтронных – антинейтронных осцилляций отметил В.А. Кузьмин. Связано это было с необходимостью объяснения барионной асимметрии Вселенной.

Экспериментально получено, что в нашем скоплении Галактик антивещества существенно меньше, чем вещества. Величина барионной антисимметрии Вселенной определена как

ΔnB=nBnˉBnγ(1),

где nB - концентрация барионов; nˉB - концентрация антибарионов; nγ - концентрация реликтовых фотонов во Вселенной. По результатам исследования реликтового излучения получено, что δB=1081010. Она по порядку величины совпадает с относительным избытком барионов над антибарионами на ранней стадии формирования Вселенной до момента t106 с, когда температура Вселенной достигла T1 ГэВ.

В.А. Кузьмин рассмотрел процесс осцилляции nˉn феноменологически и сделал оценки возможной частоты осцилляций.

Для реализации объяснения барионной асимметрии Вселенной следует предположить, что:

  1. имеется взаимодействие, в котором не сохраняется барионное число;
  2. в этом взаимодействии нарушается CP - инвариантность.

В стандартной модели подобных взаимодействий нет, следовательно, с ее помощью пояснить наличие барионной асимметрии невозможно.

Определение осцилляции нейтронов

Гипотетическое взаимное превращение в вакууме (nˉn) нейтронов в антинейтроны и обратно считают осцилляциями нейтронов.

Для данных осцилляций необходимо, чтобы существовало взаимодействие, которое может изменить барионное число B на две единицы, так как B(n)=+1, B(ˉn)=1.

Процесс nˉn приводит к перемешиванию нейтрона с антинейтроном, к расщеплению масс новых смешанных состояний и нейтрон – антинейтронным осцилляциям вследствие интерференции этих состояний с разными массами.

«Нейтрон-антинейтронные осцилляции как физическая гипотеза» 👇
Помощь эксперта по теме работы
Найти эксперта
Решение задач от ИИ за 2 минуты
Решить задачу
Помощь с рефератом от нейросети
Написать ИИ

Взаимодействие, имеющее такое свойство присутствует в ряде моделей великого объединения.

Осцилляции nˉn в вакууме являются крайне чувствительными к возможному взаимодействию с ΔB=2, так как массы нейтрона и антинейтрона равны и самого слабого взаимодействия хватает для перемешивания уровней вырождения.

Считается, что исследуя интенсивные пучки нейтронов от ядерных реакторов можно найти nˉn переходы, если период осцилляций порядка 1010 c. Часть антинейтронов в пучке увеличивается квадратично при увеличении промежутка времени, которое пучок тратит на прохождение расстояния от источника до детектора.

В ядрах осцилляции nˉn должны представлять собой превращения пары нуклонов ядра в мезоны. Но подобные переходы существенно подавлены в сравнении с переходами nˉn в вакууме, поскольку уровень антинейтрона в ядре находится далеко от уровня нейтрона и обладает большой аннигиляционной полосой.

Осцилляции nˉn отличны от распада нейтрона, который проходит в соответствии со схемой:

ne++π(2)

или распада протона, который идет как:

pe++π0(3)

которые изменяют барионное число на единицу (ΔB=±1).

Замечание 1

Выражение (3) показывает, что протон может быть нестабилен, следовательно, вещество во Вселенной стабильным не является. В этой связи проводятся интенсивные поиски распада протона и оценки времени его жизни.

Эмпирические изыскания по поискам осцилляций нейтрон – антинейтрон считают дополнением к экспериментам по проверке стабильности протонов.

Экспериментальные поиски нейтрон – антинейтронных осцилляций

Поиски осцилляций свободного нейтрона проводились в интенсивном пучке холодных нейтронов. При этом нейтроны, имеющие среднюю скорость 600 м/c в вакуумной трубе, которая экранирована от магнитных полей, пролетали расстояние в 60 метров за время порядка 0,1 секунды. После этого нейтроны проходили сквозь мишень в виде углеродной фольги, толщиной 130 мкм с диаметром 1,1 метра. Эта фольга является прозрачной для нейтронов с вероятностью 99%, но непрозрачной для антинейтронов.

Мишень окружали детекторы, которые должны были регистрировать события и продукты аннигиляции антинейтронов в фольге.

Сквозь мишень пропустили около 31018 нейтронов. Случаев аннигиляции не обнаружено. Результатом эксперимента стала оценка периода осцилляции:

τnˉn0,86108 c.

Косвенные ограничения на период осцилляции nˉn можно получали в экспериментах по поиску нестабильной материи. Если в ядре произойдет аннигиляция nˉn, то выделится энергия порядка 2 ГэВ.

Ширину распада ядра при этом процессе превращения нейтрона в антинейтрон оценивают при помощи теории возмущений.

Поиском событий, которые связаны с аннигиляцией антинейтронов в ядрах, занимается ряд крупнейших международных институтов и объединений. Один такой коллектив «Судан-2» сообщил о наблюдении (4,5±1,2) событий, которые можно считать ˉnn - аннигиляцией. Отсюда получены ограничение на время жизни:

  • ядра железа: τFe7,21031 лет;
  • период осцилляции свободного нейтрона: τnˉn1,3108 c.

Некоторые ученые предлагают для поиска нейтрон – антинейтронных осцилляторов применять ультрахолодные нейтроны, которые хранят в материальной ловушке. Установлено, что примесь антинейтронной составляющей увеличивается пропорционально времени хранения, величина коэффициента пропорциональности зависит от свойств стенок ловушки и способна в 1,5 – 2 раза превышать коэффициент для свободного нейтрона.

Дата последнего обновления статьи: 17.06.2024
Найди решение своей задачи среди 1 000 000 ответов
Крупнейшая русскоязычная библиотека студенческих решенных задач
Все самое важное и интересное в Telegram

Все сервисы Справочника в твоем телефоне! Просто напиши Боту, что ты ищешь и он быстро найдет нужную статью, лекцию или пособие для тебя!

Перейти в Telegram Bot

Изучаешь тему "Нейтрон-антинейтронные осцилляции как физическая гипотеза"? Могу объяснить сложные моменты или помочь составить план для домашнего задания!

AI Assistant