Pauli's Missing Arrow — the Neutrino

الميكانيكا متوسط مجاني VR · AR
Pauli's Missing Arrow — the Neutrino – الميكانيكا
Pauli's Missing Arrow — the Neutrino – الميكانيكا

في عام ‎1930‎ بدا أن اضمحلال بيتا يخرق قانونين من أرسخ قوانين الفيزياء. هنا تضمحل نواة ساكنة مرة واحدة داخل كاشف كروي مبطّن بحساسات ضوئية لا يرى إلا الجسيمات المشحونة: يندفع إلكترون نحو الجدار بينما ترتد النواة في الاتجاه الآخر. وحين يُجمع سهما كمية حركتهما المقيستان رأسًا بذيل لا يعودان إلى نقطة البداية، ولا يأخذ الإلكترون أبدًا كل الطاقة المنطلقة. ويُظهر مدرج تكراري لـ‎2000‎ إلكترون من المصدر نفسه توزيعًا متصلًا بدلًا من خط حاد واحد. ومفتاح ثنائي يختبر فكرة فولفغانغ باولي: أضف جسيمًا واحدًا متعادلًا غير مرئي، وانظر هل يصح القانونان من جديد.

كيف تستخدم هذه المحاكاة

ما الذي تلاحظه

الفيزياء وراءها

قبل الاضمحلال تكون النواة ساكنة، فكمية الحركة الكلية صفر، ويطلق الاضمحلال طاقة ‎Q‎ مقدارها ‎1.16‎ ميجا إلكترون فولت في البزموت‎-210‎. تتبع طاقة حركة الإلكترون ‎T‎ الطيف المسموح ‎N(T) ∝ pE(Q − T)²‎، وهو توزيع متصل من ‎0‎ إلى ‎Q‎ قمته قرب ‎0.4‎ ميجا إلكترون فولت. والاضمحلال المعروض يعطي إلكترونه الطاقة الوسيطة ‎0.45‎ ميجا إلكترون فولت، فينطلق بـ‎85%‎ من سرعة الضوء وبكمية حركة ‎0.82 MeV/c‎، ويبلغ الجدار، على بعد أقل قليلًا من متر، بعد ‎3.9‎ نانوثانية. لو كان الإلكترون والنواة هما الناتجين الوحيدين لأبعدهما حفظ كمية الحركة في اتجاهين متضادين تمامًا بكميتي حركة متساويتين، ولحمل كل إلكترون ‎T = Q‎: خط حاد واحد. لكن المجموع المقيس ‎p_e + p_N‎ يساوي ‎0.71 MeV/c‎ لا صفرًا، والزاوية بين المسارين ‎133°‎، و‎T‎ أقل من ‎Q‎. أما جسيم باولي، المتعادل عديم الكتلة، فيأخذ الباقي: طاقة ‎Q − T = 0.71‎ ميجا إلكترون فولت وكمية حركة بالمقدار نفسه ‎0.71 MeV/c‎ في اتجاهه الخاص. وترتد النواة بكمية حركة ‎p_N = −(p_e + p_ν)‎ وبسرعة نحو ‎1.4‎ كم/ث فقط لأنها ثقيلة جدًا، فتنغلق الأسهم الثلاثة: صفر قبل وصفر بعد. اقترح باولي الجسيم عام ‎1930‎، وسمّاه إنريكو فيرمي النيوترينو، وفي عام ‎1956‎ رصده كلايد كوان وفريدريك راينز.

conservation of momentumbeta decayneutrinoPaulinature of science3D