Семейство нейтрино

При радиоактивном распаде протон иногда переходит в нейтрон и наоборот, изменяя атомный номер. Специалисты по квантовой физике обнаружили, что в спектре электронов при бета-распаде нарушается закон сохранения энергии!

При альфа-распаде ядра испускают альфа-частицы, состоящие из двух протонов и двух нейтронов. Атомный номер при этом уменьшается на два, а атомная масса на 4 а.е.м. (атомная единица массы, известная как дальтон). Выяснилось, что существует две формы бета-распада. В первой нейтрон превращается в протон, а поскольку нейтрон нейтральный и чуть тяжелее протона, то избыток массы и заряд выбрасываются в виде электрона — бета-частицы.

Детекторы нейтрино располагают глубоко под землей, чтобы защитить их от нежелательного «загрязнения» другими частицами. Этот детектор расположен в  Канаде на глубине 2000 м. Огромная сфера заполнена водой, которая при пролете нейтрино дает вспышку черенковского излучения. Каждую секунду Землю пронзает огромное количество нейтрино, но даже в  таком огромном детекторе регистрируется лишь ничтожная доля этих частиц

Квантовая теория утверждает, что в ядре есть энергетические уровни. Спектр же электронов бета-распада оказался непрерывным, что означает, что нарушаются законы сохранения массы, электронного (лептонного) заряда, импульса и спина (у альфа-частиц он имел дискретные энергетические уровни).

Предположили, как и в 1920-е годы — когда выявили несоответствие атомного номера и атомной массы, — что виной третья нейтральная частица — «нейтрон». Но к 1932 году название закрепилось за тяжелой нейтральной частицей в ядре атома. Новая же частица была электрически нейтральна, однако имела малую массу покоя. Тогда Энрико Ферми изменил название на итальянский манер. Получилось «нейтрино» — «нейтрончик».

На этой схеме показаны оба вида бетараспада. Нейтрино выбрасывается из ядра под действием слабого ядерного взаимодействия, и  потом на него воздействуют лишь силы гравитации. Но поскольку у нейтрино бесконечно малая масса, то и  гравитация едва ли влияет на нее

Нейтрино способны менять свой «аромат» при распространении: электронное, мюонное и тау-нейтрино могут осциллировать друг в друга. Это явление называется нейтринными осцилляциями и показывает, что нейтрино имеют ненулевые массы. Обычные осцилляции не означают превращение нейтрино в антинейтрино.

Нейтрино было экспериментально обнаружено в 1956 году Фредериком Райнесом и Клайдом Коуэном у ядерного реактора. Они регистрировали продукты обратного бета-распада, возникавшие при взаимодействии реакторных антинейтрино с протонами.