Физика нейтрино (стр. 13 из 13)
Обратимся к вопросу о происхождении структуры Вселенной. В начале ее расширения вещество представляло собой почти однородную расширяющуюся горячую плазму. Почему же эта однородная плазма на некотором этапе распадалась на комки, которые развились в небесные тела и их системы? Как появились зачатки скоплений галактик?
Согласно мнению большинства специалистов, подобный процесс происходит из-за гравитационной неустойчивости: маленькие случайные начальные сгустки вещества, своим тяготением стягивают вещество и за счет этого усиливаются - сгущаются и разрастаются. Эти сгустки вещества при определенных условиях могут вырасти в большие комки, дающие начало скоплениям галактик. Основы теории описывающей этот процесс, были сформулированы еще в 1946 г. отечественным физиком Е.М. Лившицем.
Теперь мы можем считать, что во Вселенной тяготение нейтрино оказывается важнейшим фактором, и именно это тяготение надо, прежде всего, учитывать при анализе роста неоднородностей вещества под действием гравитационной неустойчивости.
Общая картина роста неоднородностей представляется следующей. В самые первые мгновения после начала расширения Вселенной были случайные, очень маленькие неоднородности в распространении плотности материи в пространстве. Спустя всего 1 секунду после начала расширения плотность вещества уже достаточно велика, чтобы препятствовать свободному полету сквозь него нейтрино всех сортов. Нейтрино в этот период имеют еще
- 50 -
очень большую энергию и летят со скоростью, очень близкой к скорости света. При этом, естественно, идет выравнивание неоднородностей, создается более равномерное распределение нейтрино. Однако происходит это только в малых пространственных масштабах - в районе сравнительно малых нейтринных сгущений.
Действительно, из сравнительно мелких сгущений нейтрино успевают вылететь и перемещаться с другими нейтрино достаточно быстро, усредняя, сглаживая все неоднородности. И чем больше проходит времени, тем большие по размеру неоднородности нейтрино успевают рассосаться. Так будет продолжаться до тех пор, пока нейтрино, теряющие энергию вследствие расширения Вселенной, не станут двигаться со скоростью заметно меньшей, чем скорость света. Расчеты показывают, что примерно через 300 лет после начала расширения скорость нейтрино упадет настолько, что они уже не будут успевать вылетать из комков большого размера. И такие комки, имеющие сначала сравнительно малую плотность, могут усиливаться тяготением, сгущаться, и расти, пока среда не распадется на отдельные сжимающиеся облака из нейтрино.
Можно подсчитать, какой будет масса таких нейтринных облаков. Поскольку, главным образом только первые 300 лет происходило выравнивание плотности, и нейтрино двигались с около световой скоростью, мы приходим к выводу, что выравнивание успело произойти в участках с размерами, не превышающих 300 световых лет. В больших масштабах, в нейтринных сгустках большего размера, повышенная плотность нейтрино сохранялась, затем усиливалась, и эти сгущения дали начало нейтринным облакам. Следовательно, масса этих облаков определяется количеством нейтрино, находившихся в сфере радиусом 300 световых лет через 300 лет после начала расширения Вселенной.
Расчет показывает, что типичная масса нейтринного облака выражается только через фундаментальные природные константы:
– постоянную Планка, G - гравитационную постоянную и m 
- массу покоя нейтрино. Первые три константы известны, и если принять, что масса покоя нейтрино действительно равна 35 эВ = 6 * 10-32 г, то окажется, что масса типичного нейтринного облака составляет примерно 1015 солнечных масс.Форма нейтринных облаков, согласно Я.Б. Зельдовичу, должна быть очень сильно сплюснутой, что по форме они должны быть похожи на блины. Соединение множества таких "блинов", хаотично расположенных в пространстве, даст в совокупности картину гигантских, невидимых нейтринных сот.
- 51 -
Итак, к нашему времени в пространстве должна возникнуть ячеистая структура невидимых нейтринных облаков. Таким образом, огромное море нейтрино, собранных в облака, в которых они движутся со скоростью порядка 1000 км/с, по-видимому, представляет собой то самое "нечто", которое раньше не учитывалось при исследовании Вселенной, и без которого невозможно было объяснить многие важные ее черты.
Как говорят астрофизики-теоретики, теперь, после того как появилась основание ввести массу покоя нейтрино, многие непонятное ранее встало на свои места.
- 52 -
8. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Что происходит в нейтринной физике сейчас, в данную минуту?
Положение можно сравнить с накапливанием сил перед очередной атакой. Должно пройти несколько лет, и мы узнаем...
Составляет ли масса нейтрино десятки электроновольт или ее верхний предел опустится в область просто электроновольт. Тогда понадобятся новые идеи и новые методы для поиска массы этой массы.
Справедливы ли предположения лионской группы о существовании нейтринных осцилляций.
О новых результатах большой программы изучения солнечных и космических нейтрино.
Исследователи двойного
- распада продвинуться в точности своих опытов еще на порядок и будут работать в области периодов полураспада 1023-1024 лет.Мы получим количественные результаты о взаимодействии реакторных
е с электроном, детоном, более сложными ядрами.Нейтрино начнет решать практические задачи.
В заключении можно привести две цитаты, разделенные семнадцатилетним периодом:
" Современнику трудно гадать, какое истинное место займет нейтрино в физике будущего. Но свойства этой частицы столь элементарны и своеобразны, что естественно думать, что природа создала нейтрино с какими-то глубокими, пока для нас не всегда ясными "целями".
М.А. Марков, 1964 г.
"...Всего за полвека из ускользающей сущности нейтрино превратилось в фундамент нашего существования... Произошла "нейтринная революция". Эта революция затрагивает самые фундаментальные основы мира, в котором мы живем. Она произвела переворот и в нашем подходе к физическим явлениям".
Я.Б. Зельдович, М.Ю. Хлопов, 1981 г.
.
- 53 -
ЛИТЕРАТУРА
1. Боровой А. А. Как регистрируют частицы. М., Наука, 1981.
2. Боровой А. А. 12 шагов нейтринной физики. М., Знание, 1985.
3. Нейтрино, Сборник статей.(Серия: "Современные проблемы физи- ки"). М., Наука, 1970.
4. Понтекорво Б.М. Нейтрино. М., Знание, 1966.
5. Новиков И. Гравитация, нейтрино и вселенная - Наука и жизнь, 1982, #2, с.22.