Некоторые параметры столкновения нейтрино с протонами
Нейтрино часто называют «частица–призрак» Если нейтрино действительно «призрак», тогда снимаются все вопросы к нему. Что бы о нейтрино ни говорили, нужно сразу все принимать на веру и отбрасывать все сомнения. Призрак есть призрак, что с него взять? Средневековье, господа! Пройти сквозь стену? Запросто! Изменить облик, то есть – осциллировать? Без проблем! Короче, с призраком-частицей всегда предельно ясно, а дополнительные вопросы не нужны и неуместны. Призрак–он может многое!
Однако, господа, средневековье кануло в прошлое, время призраков давно истекло! И нейтрино мы должны рассматривать без свойств, присущим призракам. В этом сообщении мы остановимся на такой характеристике нейтрино, как «длина свободного пробега в веществе». Когда частица движется в веществе, она обязательно столкнется с атомом этого вещества.
Расстояние, которое частица пролетела до первого столкновения с атомом вещества называют длиной свободного пробега этой частицы. Для полной ясности представьте себя быстро бегущим через толпу людей строго по прямой линии, вы что, не будете непрерывно сталкиваться с медленно идущими пешеходами?
Итак, если нейтрино не призрак, а обычная материальная частица, не имеющая заряда, то в процессе своего движения в веществе со скоростью света нейтрино должно непрерывно сталкиваться с атомами этого вещества. Следовательно, было бы интересно оценить некоторые параметры таких столкновений нейтрино с веществом.
Самым удобным для указанной цели является вещество нашего Солнца, практически состоящее из атомов водорода. Радиус протона (протон–ядро атома водорода) надежно измерен, что важно для вычисления сечения столкновения с нейтрино. Конечно, в солнечном веществе нейтрино рассеивается электронами, рентгеновскими квантами и рассеивание нейтрино на этих структурах может оказаться намного больше, чем на протонах. Но для задач этой статьи вполне достаточно оценки рассеивания нейтрино только на протонах.
Одной из важных характеристик процесса рассеивания нейтрино в веществе является длина свободного пробега λ движущейся частицы. Длина свободного пробега любой частицы определяется по формуле:
Где: λ – длина свободного пробега частицы; σ – сечение рассеивания атомов окружающей среды; n – концентрация атомов окружающей среды.
Мы оцениваем длину свободного пробега нейтрино в солнечном веществе, в предположении, что это вещество состоит только из атомарного водорода. Молекулярный водород на Солнце отсутствует, так как при высоких температурах молекулы водорода разлагаются на атомы. Плотность солнечного вещества равна ⍴ ≈ 1,4 г/см^3 и это соответствует концентрации атомарного водорода n ≈ 8,4.10^22 атомов /см^3.
Ядром атома водорода является протон, с которым и будет сталкиваться нейтрино, рожденные при термоядерных реакциях в центральной области Солнца. Используя протоны, как рассеивающие центры для нейтрино, мы пренебрегли многим. Во-первых, Солнце состоит на одну четверть из атомов гелия и еще содержит 2 % тяжелых атомов.
Во-вторых, нейтрино рассеивается и на электронах, рентгеновских квантах. Однако сечения рассеивания этими центрами вызовут много споров и в итоге доверие к расчетной оценке длины свободного пробега нейтрино будет подорвано.
В случае неполной оценки указанного параметра, только с учетом атомарного водорода ситуация совсем иная. Радиус протона измерен надежно и с высокой точностью. Рекомендуемое международным комитетом CODATA (2010г.) значение радиуса протона равно:
Rp = 0,8775 ± 0,0051 фм (фемтометров.
Эксперименты 2013 года на «мюонном» водороде указывают, что величина радиуса протона равна:
Rp = 0,84087 ± 0,00039 фм.
Комитет CODATA еще не принял решения относительно новых данных. Нам же благоразумнее принять промежуточное между ними значение радиуса протона, чтобы избежать критики в не учете новых данных. Примем его равным Rp=8, 5.10^–16 м.
Нейтрино является частицей, не имеющей электрического заряда, поэтому при столкновении с протоном сечением рассеивания для нее будет площадь круга, радиусом Rp. Сечение рассеивания протона равно:
σ =π Rp^2=2,2.10^–26 cм^2
Параметры n и σ мы вычислили и можем теперь определить длину пробега нейтрино λ в солнечном веществе по формуле, представленной выше в темной рамке:
λ= 118 см ≈ 1,2 м
Далее, вычислим коэффициент диффузии D нейтрино в солнечном веществе
Напомним, нейтрино движется со скоростью света (V=c) и λ=1,2 м, отсюда
D=1,2.10^8 м^2/c/
Время выхода t нейтрино из центральной области Солнца на его поверхность можно оценить по формуле:
Где: Х = 6,96.10^8 метров, величина радиуса Солнца. Вычислим время выхода нейтрино на поверхность Солнца: t=2.10^9 секунд= 64 года.
Обсуждение полученных результатов
Наиболее часто мы сталкиваемся в научно-популярной литературе утверждение: -«Нейтрино малой энергии чрезвычайно слабо взаимодействуют с веществом, и поэтому имеют колоссальную длину пробега в самых разных веществах. Так, нейтрино с энергией порядка 3—10 МэВ имеют в воде длину свободного пробега порядка 10^18 м (около ста световых лет)»
Отдает ли себе отчет пишущий (переписывающий) эти строки о масштабе расстояния в 100 световых лет? Конечно, нет. Потому что он пишет о частице-призраке, а не о реальной частице нейтрино. Для реальной частицы нейтрино мы подсчитали длину свободного пробега чуть ранее и для солнечного вещества и она оказалось равной λ≈ 1,2 м. Для воды длина свободного пробега нейтрино от силы составит λ≈2 м, но никак не 100 световых лет.
Однако, если вы с этой претензией обратитесь даже к академику, то вам в лучшем случае ответят:
–«Что вы, речь идет о свободном пробеге нейтрино до первого взаимодействия»
До первого взаимодействия –это когда нейтрино, например, сталкивается с протоном и превращает его в нейтрон. Но тогда в научно-популярной литературе следует четче использовать термины типа «свободный пробег» (когда частица сталкивается со встречной частицей и теряет направление движения). Если же речь идет о взаимодействии, тогда указывать, «свободный пробег до взаимодействия». В противном случае нейтрино обрастает свойствами частицы–призрака.
Вот еще пример придания мистических свойств нейтрино: «Практически все типы звёзд прозрачны для нейтрино». Мы чуть выше показали, что нейтрино испытывает столкновения с атомами солнечного вещества через каждые 1,2 метра и теряет первоначальное направление движения из-за постоянного столкновения с атомами солнечного вещества.
Реально нейтрино движется хаотично, как броуновская частица, достигая поверхности Солнца через 64 года, это указывалось выше. Так о какой прозрачности звезд для нейтрино можно вести речь? Нейтрино выходит из недр Солнца хаотично направленными с энергией теплового движения, соответствующей температуре солнечной поверхности. Первоначальная энергия нейтрино была растрачена при столкновениях с атомами солнечного вещества
В свете изложенного такая инициатива «Такааки Кадзита и Артур Макдональд объяснили дефицит нейтрино от Солнца процессом осцилляции (превращением друг в друга трех видов нейтрино)» вызывает много претензий.
1. А почему сразу не предположить, что 3 вида нейтрино образуются в зоне термоядерных реакций? Почему нейтрино без видимой причины превращаются друг в друга, какова мотивация и необходимость? Более нереального явления, чем осцилляция нейтрино, выдумать невозможно.
2. Авторы «явления осцилляции» свято верят в призрачные свойства нейтрино, Таких свойств многовато, но мы остановимся на «прозрачности звезд для нейтрино» Такааки Кадзита и Артур Макдональд с верой в «прозрачности звезд для нейтрино» бросились спасать баланс солнечных нейтрино. Недостаток солнечных нейтрино был объяснен их осцилляцией. Нелепейшая нелепость, но прошла «на ура» А если бы наши авторов в детстве заставили бы бежать 100-метровку в толпе людей, согласились бы они в зрелом возрасте с идеей «прозрачности звезд для нейтрино»?
3. Давайте подумаем, как нейтрино, летящее прямолинейно со скоростью света, выходит на поверхность Солнца, сохраняя начальное направление, не замечая плотной стены атомов толщиной 696 тысяч километров. Мы говорим о прозрачности звезд для нейтрино. Чтобы двигаться по прямой, нейтрино должно проходить сквозь встречные протоны, электроны. Как проходить, прожигать в них отверстия, но на это потребуется большая энергия, а у солнечных нейтрино она редко бывает более 3-х МэВ. Очевидно, нейтрино должно отскочить от протона, сменив направление полета и потеряв часть энергии при столкновении.
4. В результате столкновений нейтрино теряет энергию здесь кроется принципиальный вопрос. Может ли существовать нейтрино при скоростях меньше скорости света? Сторонников дираковской (безмассовой) модели нейтрино придется огорчить. В результате столкновений с протонами, электронами оно не сможет сохранить скорость света и погибнет, едва родившись. Выйдет на солнечную поверхность только нейтрино, имеющее массу.
5. Теоретики по нейтрино, непонятно в силу чего, различают нейтрино низких и высоких. энергий. Для нейтрино низких энергий звезды прозрачны, а нейтрино высоких энергий (более 100 МэВ) «успешно обнаруживаются по их взаимодействию с мишенями» Вот и пойми этих теоретиков– для нейтрино низких энергий звезды прозрачны, а для нейтрино высоких энергий звезды не прозрачны. Теория нейтрино весьма противоречива и крайне запутана.
6. Невольно возникает вопрос, да существует ли нейтрино реально в Природе. В принципе, нейтрино возникло на основе предположения, что нейтрон (свободный и в ядрах атомов) относится к квантовым объектам и должен распадаться с дискретными энергиями электронов. Реально никто не доказал, что нейтрон–квантовый объект. Следовательно, нейтрино для объяснения непрерывного спектра энергии электронов в процессах бета распада, абсолютно не требуется.
Несмотря на неопределенность ситуации с нейтрино, внедрение Ноу–Хау на его основе внедряются в отрасли, где имеется финансирование. Фантасты в первых рядах. Станислав Лем в 1967 году издал роман «Голос с неба» о нейтринной связи.
Промышленность разрабатывает нейтринные телескопы, для просвечивания звезд и планет. Морские ведомства серьезно разрабатывают нейтринные передатчики для связи с атомными подлодками. Военные ведомства создают просвечивающие Землю нейтринные устройства с целю поиска подземных баз с ядерным оружием, исследуют возможности дистанционного «подрыва делящихся веществ» сверхмощным нейтринным лучом.
На данном этапе физики считают главной задачей разработку компактных детекторов нейтрино и внимание к таким разработкам чрезвычайно высокое. Всеми перечисленными идеями и разработками стоило бы восхищаться, если бы точно знать, что нейтрино существует реально. Частица со столь противоречивыми представлениями о ней, существовать в Природе не может.
Принципиально нерешенная проблема нейтрино, это вещество, из которого оно состоит. Нейтрино постулировано нейтральной частицей, движущейся со скоростью света. Нейтрино появляется в электромагнитном процессе распада нейтрона: первое, за счет чего нейтральная частица набирает скорость света? Второе, нейтрино существует априори в нейтроне, или образуется в процессе распада нейтрона? В таком случае откуда берется нейтральное вещество для нейтрино? Но главное в том, может ли существовать нейтральная частица в электромагнитном мире, как Природа нейтрино утилизирует
Перечисленные вопросы принципиальные для существования нейтрино. Сугубо на мой взгляд нейтрино является плодом воображения В. Паули, поленившегося поискать альтернативную замену нейтрино, например, предположить, что нейтрон не является квантовым объектом и распадается с произвольной энергией в пределах до 800 кэВ.
И так, я считаю, нейтрино не существует в Природе и оно принципиально не требуется в теории физики. Всем, кто считает иначе, желаю успехов!
