ნეიტრინო თავდაპირველად ექსპერიმენტულად არ აღმოუჩენიათ. იგი “გამოიგონა” შვეიცარიელმა ფიზიკოსმა პაულიმ, რადიოაქტიური დაშლის პროცესების კვლევისას. რადიოაქტიური დაშლა ეს ის პროცესია, რომლის ზემოქმედებითაც 1896 წელს გაშავდა ფოტოგრაფიული გამომჟღავნების შემდეგ ბეკერელის მიერ საგულდაგულოდ შეფუთული ფოტოფირფიტა. სწორედ ამ მოვლენამ დააყენა კაცობრიობა ატომური სამყაროს შეცნობის გზაზე. როგორც შემდგომმა კვლევამ აჩვენა, რადიოაქტიური დაშლისას მოცემული შედგენილობის ნივთიერებაში მიმდინარეობს ატომის ბირთვთა განუწყვეტელი დაშლა და ამ დროს გამოსხივდება α, β, γ სხივები. α-სხივები წარმოადგენს ბირთვიდან ამოტყორცნილი ორი პროტონისა და ორი ნეიტრონისაგან შემდგარ ნაწილაკს ანუ ჰელიუმის ბირთვს, რომელიც მაგნიტურ ველში იცვლის მოძრაობის ტრაექტორიას.
β-სხივები ეს დაშლის პროცესში წარმოქმნილი მაღალი ენერგიის მქონე ელექტრონთა ნაკადია და მაგნიტურ ველში α-სხივების მსგავსად, გზიდან გადაიხრება, ოღონდ საწინააღმდეგო მიმართულებით. ამ პროცესებს თან ახლავს რენტგენის სხივებზე მოკლეტალღიან γ-კვანტთა გამოსხივება, რომელიც თავდაპირველი გზიდან საერთოდ არ გადაიხრება მაგნიტურ ველში.
ნივთიერების რადიოაქტიური დაშლა.
კვანტური მექანიკის თანახმად, მოცემული სახის ყველა ბირთვს გააჩნია დისკრეტულ-ენერგეტიკულ მდგომარეობათა ერთნაირი წყობილი. ელექტრონები ( β-სხივები) წარიტაცებენ ბირთვის ენერგიის რაღაც რაოდენობას, ამიტომ, უნდა ველოდოთ, რომ ერთნაირ ენერგეტიკულ მდგომარეობაში მყოფი ბირთვებიდან ამოტყორცნილ ყველა ელექტრონს ექნება ერთნაირი ენერგია. α და γ სხივები ამ მოთხოვნას სრულიად აკმაყოფილებენ, რაც შეეხება β-სხივებს- ელექტრონებს, მათ გააჩნიათ არა გარკვეული ერთი და იგივე ენერგია, არამედ ისინი ხასიათდებიან ენერგიის უწყვეტი სპექტრით, ნულიდან ამ ბირთვული მდგომარეობისათვის დამახასიათებელ მაქსიმალურ სიდიდემდე. ამ მეტად გაუგებარი ფაქტის ასახსნელად პაულიმ 1931 წელს წამოაყენა ჰიპოთეზა, რომელიც ვარაუდობდა რადიოაქტიური დაშლისას ენერგიის უცნობი ფორმით წატაცებას.
ენერგიის წატაცება შეეძლო მხოლოდ ნეიტრალურ ნაწილაკს, რადგან ამ გარდაქმნაში მუხტი შეინახბა. მართლაც β-დაშლისას ბირთვი, ასხივებს რა ელექტრონს, კარგავს ერთის ტოლ უარყოფით მუხტს და მისი ერთი ნეიტრონი გარდაიქმნება პროტონად. გარდაქმნისას ამ პროცესში აუცილებლად დაცული უნდა იყოს მოძრაობის რაოდენობის მომენტისა და ენერგიის შენახვის კანონები. საკუთარი მექანიკური (სპინური) მომენტი ფერმიონისათვის ტოლია 1/2-ის. ამიტომ სპინის შენახვის კანონი მოითხოვს, რომ β-დაშლისას ელექტრონისა და პროტონის გარდა, ადგილი ჰქონდეს ისეთი ნაწილაკის გამოსხივებას, რომლის სპინი აგრეთვე ნახევრის ტოლი იქნება.
ამრიგად, β-დაშლისას ელექტრონით ენერგიის დანაკარგი რომ აიხსნას, აუცილებელია ამ პროცესში მონაწილეობას ღებულობდეს მესამე ნაწილაკი. ელექტრული მუხტის შენახვის კანონი რომ არ დაირღვეს, საჭიროა ამ ნაწილაკის მუხტი ნულის ტოლი იყოს. მოძრაობის რაოდენობის შენახვის კანონი მოითხოვს, რომ ამ ნაწილაკის სპინი ნახევრის ტოლი იყო და ბოლოს ამ ნაწილაკს უნდა გაჩნდეს იმპულსი, რომელიც სხვა ნაწილაკების იმპულსებთან კომბინაციაში მოგვცემდა ნულის ტოლ იმპულსს. როგორც ვხდევათ, ახალი ნაწილაკის შემოყვანამ ერთდროულად ფიზიკის ოთხი ფუნდამენტური კანონი გადაარჩინა. შემდგომში β-დაშლის პროცესები თეორიულად გამოიკვლია იტალიელმა მეცნიერმა ენრიკო ფერმიმ და ამ ნაწილაკს სახელიც მან შეარქვა-ნეიტრინო, რაც იტალიურად ნიშნავს “პატარა ნეიტრალურს”.
რატომ არის ნეიტრინო მოუხელთებელი
ნეიტრინოს ჰიპოთეზამ ჰპოვა აღიარება, რადგან საშუალებას იძლეოდა შექმნილიყო მის საფუძველზე თეორია, რომელიც წარმატებით ახსნიდა β-დაშლის ცდისეულ მონაცემებს. მაგრამ ყოველი თეორია მოითხოვს საბოლოო დადასტურებას ექსპერიმენტით. ნეიტრინოს აღმოჩენა ექსპერიმენტულად მეტად რთული ამოცანის წინაშე აყენებს ექსპერიმენტატორებს და აი, რატომ.
პროცესი, რომლის შედეგადაც წარმოიქნმენა სტაბილური ნაწილაკი, ანალოგიურია იმისა, რომელშიც იგი შთაინთქმება. ნეიტრინო იბადება β-დაშლისას ან სხვა პროცესებში, რომელთაც მიაკუთვნებენ სუსტ ურთიერთქმედებებს. ამიტომ ნეიტრინო შეიძლება შთაინთქას და დაკვირვებული იქნეს მხოლოდ სუსტ ურთიერთქმედებათა პროცესებში. მაგრამ იმ ურთიერთქმედებათა ალბათობა, რომლებშიც ნეიტრინო გარდაიქმნება სხვა ნაწილაკებად, ძალიან მცირეა. სწორედ ამაში მდგომარეობს ნეიტრინოს დაკვირვებათა სიძნელე. ყველა ფერმიონს (აგრეთვე შესაბმის ანტინაწილაკს) შეუძლია გამოასხივოს ან შთანთქას ნეიტრინო(ანტინეიტრინო) გარკვეულ რეაქციათა მსველობისას. ამ პროცესში ფერმიონთა ნებისმიერი წყვილი შეიძლება გარდაიქმნას ნებისმიერ სხვა წყვილად. ასეთ გარდაქმნებს გააჩნიათ მცირე, მაგრამ სრულიად განსაზღვრული ალბათობა, რომელიც ძლიერადაა დამოკიდებული ნაწილაკთა ენერგიებზე და სულაც არ არის დამოკიდებული იმაზე, თუ სახელდობრ რომელი ფერმიონი მონაწილეობს ამ რეაქციაში. ამასთან, უნდა გვახსოვდეს, რომ ნებისმიერი ნაწილაკის დაბადება ეკვივალენტურია ნებისმიერი შესაბამისი ანტინაწილაკის შთანთქმისა.
β-დაშლის შედეგად ნეიტრინო (n) გარკვეული დროის შემდეგ იშლება და გარდაქიმნება პროტონად, ელექტრონად და ანტინეიტრინოდ. დავუშვათ, ნაწილაკთა შესაბამისი კინეტიკური ენერგიის პირობებში შესაძლებელია პროცესი, რომელშიაც პროტონი მიიტაცებს ელექტრონსა და ანტინეიტრინოს და გარდაქიმნება ნეიტრონად, ე.ი. ადგილი ექნება შებრუნებულ რეაქციას.
იმის ალბათობა, რომ პროტონი ერთდროულად მიიტაცებს ელექტრონსა და აანტინეიტრინოს, ძალიან მცირეა, მაგრამ ამის ნაცვლად პროტონმა შეიძლება შთანთქას ანტინეიტრინო და გამოასხივოს პოზიტრონი ნეტრონთან ერთად.
უკვე β-დაშლის ამ რეაქციაში შენახვის ყველა კანონი დაუცველია და ჩვენ დაგვრჩენია განვსაზღვროთ პროტონის მიერ ანტინეიტრინოს შთანთქმის ალბათობა.
ნეიტრონი თავისუფალ მდგომარეობაში არამდგრადი ნაწილაკია და სპონტანურად(თავისთავად) იშლება პროტონად, ელექტრონად და ანტინეიტრინოდ.
ანტინეიტრინოს შეუძლია უდიდესი მანძილი გაირბინოს მყარ სხეულში.
ფოტონის შთანთქმა ხდება ატომის ბირთვის შემომბურავი ელექტრონების მიერ, ამასთან, მყარ სხეულში ატომები თითქმის მიჯრილნი არიან თითქმის ერთმანეთთან. ანტინეიტრინო კი შთაინთმქმება პროტონების მიერ, რომელნიც განლაგებულნი არიან ატომის ბირთვში და მთელი ატომის უმნიშვნელო ნაწილს იკავებენ.
ნეიტრინო მოძრაობს სინათლის სიჩქარით და თითქმის არ განიცდის არავითარ ზემოქმედებას სხვა სხეულების მხრიდან. სწორედ ამიტომ შეარქვეს ნეიტრინოს მოუხელთებელი.
ავტორი: ზურაბ მესტიაშვილი
1975 წელი