Physique Question #40
David Keirsey (Genre: mâle, Àge: 49 années) de l'Internet sur 26 juillet 1999 demande:
Comment les neutrinos ont-ils obtenu d'être des objets de tels à énergie réduite ? Des Neutrinos sont censés avoir été produits par le « grand coup » et la pièce de forme de rayonnement de fond. Censément, leur énergie est si bas, personne ne les a détectés. Pourquoi les neutrinos auraient-ils un tel à énergie réduite - est-il par échange, par conséquent ralentissement ? Et comment les scientifiques décident-ils la distribution des types de neutrinos dans ce rayonnement - anti-neutrinos contre des neutrinos, des électrons, des muons, et le taus ?
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La réponse
Doug Hube
répondu le 26 juillet 1999
Les paramètres de base du modèle de « grand coup » de l'univers sont relativement bien établis. C'est-à-dire, nous savons avec la précision raisonnablement élevée l'âge de l'univers, son taux d'expansion, sa température (~2.7 degrés au-dessus de zéro absolu), l'énergie-densité et matière-densité, etc. Nous sommes également confiants que nous sachions les rapports mathématiques appropriés parmi le temps, l'espace, la courbure, etc. Au degré que toute la ce que je réclame est vraie, nous pouvons extrapoler vers l'arrière des conditions et déterminer l'état de l'univers dès une fraction d'une seconde très minuscule après le grand coup. C'est-à-dire, nous pouvons calculer en fonction du temps la température, la densité et les énergies caractéristiques de particules. Ce permet (théoriquement) pour étudier les divers procédés de création de particules et interactions de particule-particule qui ont eu lieu pendant les minutes premières de temps cosmologique. C'est ces processus qui ont produit des neutrinos. Par exemple, chaque réaction nucléaire qui comporte des résultats d'un électron dans la création d'un neutrino, un neutrino d'électron ou un antineutrino d'électron. Les fréquences relatives des différentes réactions détermine les nombres relatifs de différents types de neutrinos. Les particules les plus abondantes dans l'univers sont, presque certainement, les neutrinos créés pendant ces minutes premières. (La majeure partie de l'énergie de l'univers est sous forme de rayonnement de fond cosmique… redshifted les photons qui ont été libérés quand l'univers a eu un âge de cent mille par an, ou ainsi. Avant ce temps l'univers n'était pas transparent aux photons.) A la découverte que fondamentale de la 20ème physique de siècle est dualité d'onduler-particule. Chaque particule a des propriétés de vague et de particules, bien que seulement un soit manifeste dans une situation donnée. Le rayonnement de fond cosmique se compose des photons à énergie réduite qui ont à l'origine eu des énergies beaucoup plus élevées. Elles ont été redshifted ; en d'autres termes, leurs longueurs d'onde caractéristiques ont été augmentées ou ont étiré directement proportionnel à l'expansion de l'univers. Le même est vrai des neutrinos. Nous traitons des neutrinos comme particules quand ils sont impliqués dans des interactions de particule-particule, y compris les réactions qui les créent, et les réactions très rares avec la matière qui les éliminent. Quand en transit par l'espace (et le temps), les neutrinos se comportent comme des vagues. De même que vrai des vagues légères, les vagues de neutrino voyagent par le spacetime et « sont étirées » dans la longueur d'onde proportionnellement à l'expansion cosmologique du spacetime. L'énergie d'une particule est inversement proportionnelle à sa longueur d'onde. Les énergies de neutrinos cosmologiques/primordiaux sont maintenant beaucoup d'ordres de grandeur plus petits qu'elles étaient dans le commencement, et beaucoup trop petit être détecté avec la technologie existante. Il y a également beaucoup de sources normales des neutrinos. Ils sont, par exemple, produit dans les réactions nucléaires qui actionnent tient le premier rôle. Elles sont également produites dans l'atmosphère supérieure de la terre par des particules de rayon cosmique.
Doug Hube
répondu le 2 mai 2005
L'espoir de James de lecteur, indique :
Dr. Hube a dit : « redshifted les photons qui ont été libérés quand l'univers a eu un âge de cent mille par an, ou ainsi. Avant ce temps l'univers n'était pas transparent aux photons. » J'ai pensé que l'univers est devenu transparent aux photons après juste 3 minutes.
Doug Hube répond :
Pendant les cent mille années premières -- la meilleure évaluation est de 300 à 400 mille ans -- après le grand événement de coup l'univers a été rempli du « potage » des particules subatomiques telles que les électrons, les protons (noyaux de ce qui seraient des atomes d'hydrogène), les particules d'alpha (noyaux de ce qui deviendraient des atomes d'hélium), les deutérons, les neutrinos, etc.… et les photons.
Pendant cette période tôt l'univers était si chaud et, par conséquent, les particules si énergiques que les particules étaient libres… non liées au l'un-un autre. En particulier, les électrons n'ont pas été liés aux protons ni aux particules d'alpha et, par conséquent, il n'y avait aucun atome.
Quand un photon se heurte (agit l'un sur l'autre) avec une particule libre, telle qu'un électron libre, la particule libre peut absorber l'énergie du photon indépendamment de ce qu'était l'énergie du photon… et le photon disparaît. Des photons peuvent être créés par des interactions de particule-particule, naturellement, tellement il y avait toujours des photons dans l'univers, une partie disparaissant tandis que d'autres étaient créés. Tout ce qui signifie est que les photons dans le premier univers n'ont pas voyagé très loin avant d'être absorbé, et cela est une autre manière de dire cela que l'univers pendant cette période eary était opaque au rayonnement électromagnétique.
Pendant que l'univers vieillissait et se refroidissait les énergies de particules sont devenues plus bas. Par la suite, à un âge cosmique d'approximativement 400.000 ans, les énergies des électrons abandonnés aux valeurs près des énergies de liaison des atomes, et elles se sont attachées aux protons pour faire des atomes d'hydrogène, et aux particules d'alpha pour faire des atomes d'hélium.
Les électrons qui sont liés dans des atomes peuvent porter seulement des valeurs limitées et discrètes d'énergie. Par conséquent, un photon qui se heurte un atome sera absorbé seulement s'il a une énergie égale à une des valeurs discrètes de transition d'énergie appropriées à celle des espèces atomiques particulières. Si le photon a n'importe quelle autre énergie il continuera simplement sur son chemin… qu'il ne sera pas absorbé.
Ainsi, une fois que l'univers devenait peuplé avec des atomes plutôt qu'avec les électrons et les protons libres, un photon a eu loin loin peu d'occasions d'agir l'un sur l'autre avec des particules des manières qui auraient comme conséquence l'absorption du photon. Le « brouillard » du premier univers (de 400 premières mille années) qui a existé en raison de l'abondance d'électrons « libres » et les noyaux de la basse masse « se sont soulevés » quand les électrons et les noyaux sont devenus limite ensemble comme atomes, et l'univers sont devenus transparents. Le temps le plus court que nous pouvons observer dans l'histoire de l'univers est de 400.000 ans après le grand coup, le moment où les photons se sont trouvés libre pour voyager plus-ou-moins l'espace traversant sans difficulté.
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