2017-06

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≪ 二準位系 その3 ALL 二準位系 その4 ≫

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ニュートリノ その2

ニュートリノについてのその2である。素粒子物理学におけるニュートリノ振動やニュートリノ天文学を理解するための基礎的なことを書いてゆくつもりだ。先ずニュートリノは3種類ある、この事について説明しておきたい。

ニュートリノは νe, νμ, ντという3種類ある

ニュートリノをν(ニュー)と書くことは以前述べた。今回はνの右下に小さな添え字 e(イー),μ(ミュー),τ(タウ)をつけて3種類のニュートリノを区別するということを説明したい。名前や記号を無理に覚えなくてもよい、とりあえず3種類あるということを理解してもらいたいだけだ。

さてニュートリノは人体や測定装置をすり抜けてしまう粒子であるから、実際にニュートリノを見ることは非常に困難である。我々は三種類あるνを見分けるどころか見ることさえできないのだ。では、我々はどうやってニュートリのの性質や、それが3種類もあると言えるのであろうか?
neutrino.png

百聞は一見にしかず、図を見て欲しい。左上から入射したπ(パイ)粒子がμ(ミュー)粒子とニュートリに崩壊したところを絵描いたものである。こういう反応が宇宙から跳んでくるπ粒子を調べていると見つかる。この図ではニュートリの軌跡を点線で描いてあり、いかにも見えるように書いてあるが、実際には見えない。我々が見ることができるのは、崩壊する前のπ粒子の軌跡と崩壊してできたμ粒子の運動の軌跡である。μ粒子の軌跡がずれているのは、見えない何かを放出することでその反跳力を受けるからである。つまり反跳力からニュートリという見えない粒子があるんだと思うわけである。

 素粒子反応からニュートリノの存在を確認できる。反跳力からニュートリの軌跡も知る事ができる。


それではニュートリが3種類あるということを説明しよう。実はかなり単純なのだ。まず上の図をもう一度見てほしい。π粒子が崩壊して出てきたμ粒子の軌跡をみてニュートリノの存在をしるのであった。この時のニュートリノをミュー・ニュートリノ(νμ)と呼ぶ。つまり

νμとは、μ粒子とペアーで生成されるニュートリノという意味である

このようにして、電子(e)とペアーで生成されるニュートリノをνeτ粒子とペアででてくるニュートリノをντと名づけるわけだ。なんか単純だ。

さて、名前の付け方はわかってもらえたと思う。だが一つ疑問がのこる。
これらのニュートリノが実は同じ粒子だということはないの? 
見えないんだから、同じ粒子に違う名前を3つも付けたかもしれないという心配がおこるのは当然である。
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街角で出会った友人が誰かの噂話を始める、しかし2,3分話して話しが噛み合わないことに気づく。こんな場合、二人が噂話をしていた人物は別人だったりする。その逆ももちろんある、違う人物のつもりで会話していても実は同一人物だったりだ。名前の確認だけでは安心できない、記憶違いだってあるのだ。
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物理学者たちだってそんなヘマはしない。見ることはできなくても、これらが異なる性質をもっているということをちゃんと確認しているのである。例えばμ粒子とペアーで出てきたニュートリノと電子とペアーで出てきたニュートリノを物質にぶつけて比較してやる。νμνeが同じ粒子なら、同じ反応をするはずである。しかし、実験ではそういう結果がでない、つまりこれらのニュートリノは異なるニュートリノであると結論できるわけである。


まとめ
そんなわけでニュートリノは三種類ある。それらの名前はνe,νμ,ντと記す。それぞれ、e,μ,τ粒子がペアーで生成されるために区別がつくのである。

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