Physique Question #1926
Donald (Genre: mâle, Àge: 22 années) de Halifax sur 23 février 2004 demande:
Si les neutrinos ont la masse, est-ce que comme semble-t-il maintenant être le cas, ils ne peut-il pas voyager à la vitesse de la lumière… expliquent pourquoi pas ?
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La réponse
Doug Hube
répondu le 2 mars 2004
Réponse courte : ils ont un peu minuscule de la masse, et par conséquent, oui ils ne peuvent pas tout à fait s'attaquer à la vitesse de la lumière, mais ils obtiennent la jolie fin.
Les détails : Jusqu'à ce qu'il y a quelques années on l'ait généralement cru que les neutrinos ont eu la masse nulle de repos. Ou, au moins, il n'y avait aucune évidence expérimentale ni y avait il n'importe quel argument théorique persuasif que les neutrinos ont une masse finie. Cela a changé en raison de plusieurs expériences comprenant, en particulier, d'observations faites au laboratoire de Kamiokande au Japon et de d'autres faites à l'observatoire de Neutrino de Sudbury. On le réclame maintenant qu'il y a une certitude de 99.995 pour cent que les neutrinos ont les petites mais finies masses.
Chacun des trois leptons connus -- particule d'électron, de muon et de tau -- a un neutrino associé, de même que chacun des antiparticles de ces leptons. Par conséquent, il y a trois types de neutrinos plus trois antineutrinos. Chacun de ces des paires de neutrino/antineutrino a une masse qui diffère des autres deux. Les masses sont toujours très incertaines et, généralement seulement une limite supérieure est donnée pour chacun.
L'omission plusieurs des détails… du neutrino le plus commun est celle liée à l'électron. Elle a une masse qui est beaucoup plus petite que celle de l'électron. L'équivalent en énergie de la masse d'électron est 0.511 mev c'est-à-dire, 511000 volts d'électron. La masse du neutrino d'électron est beaucoup plus petite, probablement moins de 1 volt d'électron, et un groupe de chercheurs propose qu'il soit moins de 0.24 volt d'électron : Presque zéro, mais pas tout à fait, et trop petit pour expliquer matières cachées/foncées dans l'univers.
Un photon, la particule de la lumière, qui vraiment a la masse nulle de repos voyage avec précision à la vitesse de la lumière. Si un neutrino avait vraiment la masse nulle il, aussi, voyagerait avec précision à la vitesse de la lumière. Cependant, le neutrino a une petits, différents de zéro masse de repos et, en conséquence, voyages à moins que la vitesse de la lumière. Quand la discussion du mouvement de la matière près de la vitesse de la lumière une doit employer les principes de la relativité spéciale. Il y a plusieurs rapports mathématiques qui sont appropriés dans la relativité spéciale et qui nous pourrions utiliser ici. Par conséquent, il y a plusieurs itinéraires qu'on pourrait suivre de ce point.
Considérer un neutrino dans le mouvement, un neutrino qui a été libéré par exemple pendant l'ordre des réactions de fusion nucléaire qui actionnent le soleil. Ce neutrino a une certaine énergie totale, E, ou masse efficace/relativiste, m, où le ** 2 d'E = de mètre-bougie. Le neutrino a également une masse de repos, m', et une énergie correspondante de repos, E', où, encore, E = ** 2 de c de m ".
Le rapport E'/E = m'/m = SQRT [1 - ** (v/c) 2]
Nous considérer le suivant important-pour-situation. Approximativement 3 pour cent du rendement de puissance du soleil, le ** 4x10 26 watts sont emportés par des neutrinos, c.-à-d. le ** 12x10 24 watts portés par des neutrinos. Les modèles solaires prévoient que (tous ces nombres sont approximatifs) 10x10 des neutrinos du ** 37 sont émis par le soleil chaque seconde. Par conséquent, chaque neutrino a une énergie de E = 1.2x10 le ** - le Joule 13.
Si l'énergie de repos est par exemple 1 volt d'électron, c'est E = 1.6x10 ** - le Joule 19. Par conséquent E'/E = 10 ** - 6 (approximativement)… un nombre très petit. Par conséquent, ** 10 de SQRT [1 - le ** (v/c) 2] = - 6 et la solution pour la vitesse, v, démontre que v est seulement marginalement différent de c, la vitesse de la lumière.
En effet, l'énergie du neutrino, vraiment son énergie cinétique a une valeur finie en raison de son très à grande vitesse qui compense la masse très basse de la particule. Dans une situation classique analogue où l'énergie cinétique égale 1/2 (m) (** 2 de v) une particule de la masse très minuscule et basse aurait une énergie cinétique significative seulement si voyageant très à un à grande vitesse. Un meteoriod avec une masse de 1 gramme mais du déplacement à 30 kilomètres par seconde, a l'énergie d'une petite voiture voyageant aux vitesses normales de route. À cette vitesse la particule de 1 gramme a la grande énergie, tandis qu'elle aurait l'énergie négligeable si jeté à la main. Le rapport équivalent s'applique au neutrino : la masse très petite a combiné avec des résultats très à grande vitesse dans l'énergie « significative ».
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