Вопросительные знаки в физике и таинственное нейтрино
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
Несмотря на свою эфемерность, нейтрино поистине вездесуще. Оно всегда несется со скоростью света, обладая потрясающей способностью проникновения: чугунная плита, проложенная от Земли до Сатурна, для нейтрино так же прозрачна, как чистый воздух для солнечного луча. Из глубочайшей толщи гигантских звезд, накрепко запирающей все остальные частицы, свободно вырываются нейтрино и улетают в пространство, унося с собой энергию. Из нашего Солнца, невидимо и неслышно, но с неумолимым постоянством уходит с нейтрино до 8 процентов излучаемой энергии. Даже ночью поток нейтрино приходит от скрытого за горизонтом Солнца, легко пронизывая толщу Земли.
Этот поток несет в 40 тысяч раз больше энергии, чем лунный свет, но никто никогда не видел его, и ни один человек на Земле не знает, куда уходит эта энергия и что с ней происходит. Возможно, нейтрино и есть тот волшебный ключ к самым сокровенным тайнам природы — к законам строения и управления Вселенной, который давно ищут физики.
Чем отличаются друг от друга эти два вида нейтрино, кроме способа рождения? Ответ на этот вопрос мог бы пролить свет и на загадку мю-мезона, который абсолютно во всем сходен с электроном, но имеет примерно в 200 раз большую массу. Почему? Какова его роль? Может быть, природа старается рассказать с помощью мю-мезона что-то важное, но пока не удается понять смысл сообщения?
Как видите, в этом абзаце слишком много вопросительных знаков, Для ответа на них опять-таки нужен резкий скачок в увеличении энергии ускорителей. Чем больше энергия взаимодействующих частиц, тем меньшие расстояния можно прощупать, тем более «прозрачными» становятся частицы. Резкое повышение энергии могло бы, наконец, стереть некоторые вопросительные знаки в проблеме слабых взаимодействий.
Каждое поле имеет свой квант — переносчик взаимодействия. У сильных взаимодействий это пи-мезон, у электромагнитных — гамма-квант. Предполагают, что слабые взаимодействия тоже имеют свой квант, названный промежуточным бозоном. Обнаружение его значительно облегчило бы построение теории слабых взаимодействий. Промежуточный бозон должен появляться при рождении нейтрино, но, несмотря на старательные поиски, пока не обнаружен. Сложные эксперименты, выполненные в ЦЕРНе, показали, что если промежуточный бозон существует, то он очень тяжел: его масса, по крайней мере, в полтора раза больше массы нуклонов. Для обнаружения промежуточного бозона нужна высокая энергия.
Чтобы заметно увеличить энергию нейтрино, физики предложили создать на базе ядерного реактора (с литием в качестве поглотителя нейтронов) импульсный нейтринный генератор. Такой генератор позволил бы сконцентрировать на небольших участках колоссальные потоки нейтрино. За одну секунду через каждый квадратный сантиметр измерительной аппаратуры проходило бы 10-15 нейтрино.
Американские физики решили избрать другой путь — уменьшить фон помех, не увеличивая поток нейтрино. Для этого, по их мнению, можно использовать обычный мощный реактор, снабдив его очень чувствительными приборами. Осуществление тех и других предложений позволит в 1000 раз усилить полезный эффект взаимодействия нейтрино с электронами. И, может быть, наконец прояснится природа этих загадочных частиц, а также слабых взаимодействий.
Авторы: Елена Кноре и Борис Коновалов.