Вселенная. Краткий путеводитель по пространству и времени: от Солнечной системы до самых далеких галактик и от Большого взрыва до будущего Вселенной - [5]
CNO-цикл отвечает менее чем за 2 % энергетики Солнца, но становится доминирующим в более массивных звездах.
Цикл начинается с того, что обычный углерод-12 (>12C) захватывает протон, превращаясь в азот-13 (>13N) с рождением фотона. Затем в результате бета-распада азот-13 превращается в углерод-13 с испусканием позитрона и электронного нейтрино.
В результате реакций часть энергии уносится электронными нейтрино, регистрируемыми на Земле.
Углерод-13 снова взаимодействует с протоном с образованием азота-14 и фотона. Азот-14 взаимодействует с протоном, порождая кислород-15 и фотон. В ядре >15O один из протонов в результате бета-распада превращается в нейтрон. Возникает азот-15, и, как во всяком бета-распаде протона, вылетают позитрон и электронное нейтрино. Наконец, азот-15 взаимодействует с протоном с образованием углерода-12 и альфа-частицы. Цикл завершен. Как видим, ядро >12C, использованное в самом начале цикла, возникло снова, а четыре протона превратились в ядро >4He.
У CNO-цикла есть еще несколько вариантов. Один из них идет только при высокой температуре и для Солнца совсем не актуален. Второй все-таки дает ничтожный вклад в энергетику Солнца. При взаимодействии азота-15 с протоном в редких случаях возникает не углерод-12 и альфа-частица, а кислород-16. Кислород захватывает еще один протон, превращаясь во фтор-17. В результате бета-распада фтор-17 превращается в кислород-17 с испусканием нейтрино и рождением позитронов. Кислород-17 снова взаимодействует с протоном, а итогом реакции становятся азот-14 и альфа-частица. Но это еще не конец, ведь цепочка началась с азота-15, который необходимо получить для замыкания цикла. >14N захватывает протон, превращаясь в кислород-15, который в результате бета-распада превращается в исходный >15N.
Нейтрино обладают небольшой (но не нулевой!) массой.
Как видно, в ходе CNO-цикла также рождаются электронные нейтрино, которые, как и нейтрино от pp-реакций, удалось зарегистрировать в подземных нейтринных лабораториях.
Теоретики разработали основные цепочки pp- и CNO-циклов в конце 1930-х гг. В 1946 г. Бруно Понтекорво (Bruno Pontecorvo) отметил, что Солнце должно быть достаточно мощным источником нейтрино. В 1950-е гг. Рэй Дэвис (Ray Davis) начал работать над экспериментом, способным обнаружить солнечные нейтрино. В 1968 г. ему удалось получить важнейший результат: экспериментальный верхний предел на поток нейтрино от Солнца оказался почти в три раза ниже теоретического предсказания. Возникла проблема солнечных нейтрино. Затем на протяжении десятков лет ученые с помощью различных установок научились регистрировать нейтрино, испускаемые в ходе различных реакций, и все они подтверждали наличие дефицита. Окончательно решить проблему удалось в самом начале XXI в. Выяснилось, что расчеты структуры Солнца и процессов в нем были верны. Сюрприз был связан с природой нейтрино.
Нейтринные осцилляции объясняют, почему поток электронных нейтрино на Земле меньше, чем предсказывает стандартная модель Солнца.
На протяжении десятилетий шел спор о том, имеют ли нейтрино массу. Изначальная гипотеза Паули (1930 г.) о существовании нейтральной частицы, которая позволяла объяснить особенности бета-распада (а заодно, в варианте Паули, и свойства атомных ядер), предполагала ненулевую массу. С течением времени эксперименты показали, что есть три типа нейтрино, соответствующих трем лептонам: электронное, мюонное и тау-нейтрино. В минимальной Стандартной модели элементарных частиц, созданной в середине 1970-х гг., все три нейтрино предполагаются безмассовыми (т. е. с нулевой массой). Обнаружение так называемых нейтринных осцилляций в экспериментах Super-Kamiokande («Супер-Камиоканде»), или просто Super-K, и на нейтринной обсерватории в Садбери (Sudbury Neutrino Observatory, SNO) в 2015 г. было отмечено Нобелевской премией по физике. Нейтринные осцилляции свидетельствуют, что на самом деле эти частицы имеют ненулевую массу. Хотя на момент открытия формально можно было объяснить явление нейтринных осцилляций не массой частиц, а «новой физикой», теперь такие объяснения не только выглядят «не элегантными», но и плохо согласуются с новыми экспериментальными данными, также свидетельствующими в пользу ненулевой массы нейтрино.
Феномен нейтринных осцилляций был предсказан в 1957 г. Бруно Понтекорво. С точки зрения наблюдателя, он состоит в том, что после испускания нейтрино любого типа детекторы на разных расстояниях от источника будут регистрировать нейтрино всех трех типов. Строго говоря, это не означает взаимное превращение частиц друг в друга. Нейтрино всегда является суперпозицией трех состояний, одно из которых может проявляться в данный момент. Осцилляции происходят и в вакууме, но наличие вещества может их усиливать (так называемый эффект Михеева – Смирнова – Вольфенштейна, иногда в данном случае говорят о неосцилляторных превращениях одного сорта нейтрино в другой, называя их адиабатическими превращениями сорта (adiabatic flavor conversion), но мы будем называть все превращения осцилляциями, чтобы не усложнять терминологию). Это позволяет решить проблему солнечных нейтрино. Эти частицы рождаются в результате термоядерных реакций в недрах Солнца, и при энергии нейтрино выше нескольких мегаэлектронвольт осцилляции в основном происходят внутри Солнца, а при более низких энергиях – по пути от Солнца до Земли. В результате мы регистрируем лишь около трети электронных нейтрино, возникающих при синтезе гелия из водорода.
Книга посвящена нейтронным звездам – единственным астрономическим объектам, исследования которых отмечены уже двумя Нобелевскими премиями по физике, и еще две – на подходе. Это говорит о том, что именно они среди всего многообразия небесных тел представляют наибольший интерес для современной физики. Вы узнаете о том, как астрономы наблюдают нейтронные звезды, и какими удивительными объектами они могут быть, а кроме того, у вас будет возможность познакомится с необычными физическими явлениями, связанными с этими суперобъектами.
Галилео Галилею принадлежат слова: «Книга природы написана на языке математики». Спустя почти четыре столетия мы не устаем удивляться тому, что математические методы прекрасно подходят для описания нашего мира. Еще большее изумление вызывают естественнонаучные открытия, сделанные на основе математического анализа уравнений. Создание любой сложной конструкции – от хитроумной дорожной развязки до квантового компьютера – сопряжено с математическими расчетами. Для полноценного понимания действия гравитации или квантовых явлений нам также не обойтись без математики.
В книге отражены основные этапы жизни, научной и научно-организационной деятельности известного астронома, первого директора Николаевской морской, а позднее астрономической обсерватории Карла Христофоровича Кнорре. Книга написана для научных сотрудников и всех интересующихся историей отечественной астрономии в период ее становления в одной из старейших на юге Украины обсерватории в г. Николаеве. Книга написана на русском языке.
Николай Коперник не мог предвидеть, что его имя будет связано с величайшей научной революцией. Он родился и получил образование в процветающей Польше XV века, всегда был человеком скромным и глубоко религиозным. В отличие от многих его последователей, ученого никогда не преследовали за его идеи. А идеи были крамольными: поместив Солнце в центре Вселенной, Коперник, с одной стороны, сбросил тысячелетнее иго теории Птолемея, а с другой — посеял сомнения в правильности библейского изложения астрономии. Дерзнув пойти против традиций и религиозных догм, польский астроном передал нам не только новое представление об устройстве Вселенной, но и неопровержимое доказательство силы и важности свободной мысли.
Книга известного английского популяризатора астрономии, члена Королевского астрономического общества Сторма Данлопа представляет собой увлекательный путеводитель по звездному небу. Автор подробно рассказывает о разнообразных небесных объектах, дает полезные практические советы по их наблюдению и изучению. Прекрасные фотографии, карты, таблицы, дополняя изложенное, способствуют его более глубокому пониманию.Адресована любителям астрономии - от учащихся средних школ до специалистов, особенно полезна преподавателям астрономии, руководителям астрономических кружков, популяризаторам науки.
Эта книга о малоизвестных, а порой и трагических событиях в космосе. Она рассказывает о сложнейших ситуациях, в которые попадали пилоты космических каравелл — «Востоков», «Восходов», «Союзов» и «Бурана». В ней сочетается историческая достоверность некогда секретных и совершено секретных фактов и документов с авторским восприятием человеческих судеб и характеров. Эта книга о тех, кто, оказавшись на грани между жизнью и смертью, не сломались, не поддались страху, а продолжали бороться за жизнь и сохранение техники.
В ваших руках, уважаемый читатель, — вторая часть книги «100 рассказов о стыковке и о других приключениях в космосе и на Земле». Первая часть этой книги, охватившая период от зарождения отечественной космонавтики до 1974 года, увидела свет в 2003 году. Автор выполнил свое обещание и довел повествование почти до наших дней, осветив во второй части, которую ему не удалось увидеть изданной, два крупных периода в развитии нашей космонавтики: с 1975 по 1992 год и с 1992 года до начала XXI века. Как непосредственный участник всех наиболее важных событий в области космонавтики, он делится своими впечатлениями и размышлениями о развитии науки и техники в нашей стране, освоении космоса, о людях, делавших историю, о непростых жизненных перипетиях, выпавших на долю автора и его коллег.
Для детей среднего и старшего школьного возраста о космических полетах и о подготовке к ним.