В.Л. Да.
С.Г. То лабораторные эксперименты для мюонного нейтрино дают в
ерхнюю границу в 300 килоэлектрон-вольт, это почти 160 масс электрона. А для та
к называемого тау-нейтрино прямые эксперименты дают массу 15 миллионов э
лектрон-вольт. То есть в 30 раз больше. Это прямые солнечные эксперименты. А
вот из космологических данных на все эти массы можно было дать меньший в
ерхний предел. Но в принципе, этот предел позволял бы, как говорит Владими
р Михайлович, соорудить, так сказать, галактики, скопление галактик и так
далее.
В.Л. А также звезды, планеты и человека…
С.Г. Но благодаря экспериментам последних лет, которые произве
л Владимир Михайлович, оказалось, что так, к сожалению, не получается. Не и
з-за нейтрино образовались скопления галактик и так далее.
А.Г. То есть, нейтрино играли роль в образовании структуры Всел
енной, но не только они.
С. Г. Они маленькую роль играли, скорее всего.
Я хотел пояснить вот какую вещь. Почему реально было зарегистрировать не
йтрино? Почему в этом сомневались, и почему все-таки это удалось? Оказывае
тся, нейтрино с реакторной энергией или то, что от Солнца идет, может проле
теть десять в двадцатой сантиметров в плотном веществе, в чугуне, это в 10 м
иллионов раз больше, чем расстояние от Солнца до Земли. И только на этом ра
сстоянии есть вероятность, близкая к двум третьим, что оно вызовет какую-
то реакцию.
В чем заключалась идея Бруно Понтекорво о возможности регистрации нейт
рино? Представьте, что у вас есть кубический метр вещества. Если одно нейт
рино пролетает метр, а длина его среднего пробега десять в двадцатой, то в
ероятность, что оно на этом пути вызовет реакцию Ц десять минус в восемн
адцатой. Это ничтожное число. Теперь представьте, что этот куб стоит окол
о реактора. Реактор испускает на расстоянии 10 метров Ц это Владимир Миха
йлович хорошо знает…
В.Л. Десять в тринадцатой…
С.Г. Десять в тринадцатой нейтрино на сантиметр квадратный в с
екунду. Площадь у вас метр на метр, 10 в четвертой, значит, падает 10 в семнадца
той нейтрино в секунду. А вероятность зарегистрировать для одного Ц дес
ять минус в восемнадцатой. Вы получаете в секунду одну десятую события. З
а 10 секунд Ц событие. Я говорю об идеализированном случае, потому что Ц и
об этом, я думаю, Владимир Михайлович будет говорить, Ц серьезные физики
тратят больше времени на различные контрольные эксперименты, чем на отк
рытие.
А число нейтрино от реактора легко сосчитать. Возьмем Чернобыльский мил
лионник, реактор в миллион киловатт. Вы можете сказать, сколько делений п
роисходит, чтобы дать миллион киловатт электрической мощности, это три м
иллиона тепловой мощности.
В.Л. Можно прямо сказать, сколько бета-частиц там образуется.
С.Г. Конечно. Десять в двадцатой в секунду делится на 4?R2, получает
ся десять в тринадцатой. Так же можно сказать, сколько нейтрино идет от Со
лнца. В школах говорят о солнечной постоянной Ц две калории в минуту на к
вадратный сантиметр. Для того чтобы поддерживать такую светимость Солн
ца, нужно определенное число реакций. Путем несложных вычислений вы полу
чите шесть на десять в десятой нейтрино в секунду на квадратный сантимет
р. Вот мы сидим, а на каждый квадратный сантиметр нашего тела падают 60 милл
иардов солнечных нейтрино.
А.Г. И экранировать это невозможно.
В.Л. Невозможно. Можно представить масштабы нейтринного прису
тствия во Вселенной по взрыву сверхновой. Например, если бы нейтрино, исп
ускаемые при взрыве SN-87 в Магелановом облаке, обладали достаточно сильны
ми взаимодействиями, то энергия, которая выделилась в Солнечной системе
, была бы джоуль на квадратный сантиметр. Достаточно вспомнить, что при вз
рыве небольшого термоядерного заряда такая энергия выделяется примерн
о на квадратном километре. То есть, все бы было сметено.
А.Г. То есть если бы они обладали зарядом…
В.Л. Да, зарядом или каким-нибудь видом взаимодействия, большим
, чем слабое взаимодействие.
С.Г. Кстати сказать, сверхновая 87-го года разорвалась сравнител
ьно близко от нас.
В.Л. 180 тысяч световых лет…
С.Г. Однако, три установки, в том числе российская на Баксане, за
регистрировали импульс нейтрино, скоррелированный со вспышкой этой св
ерхновой.
В.Л. Правда, к сожалению, американский эксперимент IBM и японский
«Камиоканде» сделали это более отчетливо. А так, это была бы большая прет
ензия на Нобелевскую премию.
С.Г. За работы на «Камиоканде» и дали Нобелевскую премию 2002 года,
в том числе за регистрацию нейтрино.
А.Г. Хорошо, так все-таки, почему нейтрино поведет нас дальше? Во
т это я пытаюсь понять.
В.Л. Сейчас я попытаюсь два слова, может быть, добавить, почему н
ейтрино поведет нас дальше. Мне кажется, потому что оно имеет очень мален
ькую массу.
С.Г. Это, во-первых.
В.Л. И это выделяет ее из всех других частиц. Правда, фотон не име
ет вообще массы, но это специфический случай. А вот фермион, то есть частиц
а с полуцелым спином, как у нейтрино, не имеющая массы или очень маленькую
массу, она должна быть объяснена. И это объяснение, по-видимому, на сегодн
я отсутствует.
С.Г. Но с другой стороны, сейчас существуют эксперименты, можно
будет о них сказать, которые доказывают, что, тем не менее, маленькая масса
существует.
В.Л. Маленькая масса есть. Это было обнаружено экспериментом, г
де нейтрино после своего рождения меняло свое квантовое число. Скажем, с
электронного на мюонное или с мюонного на тау-нейтрино. Это процесс, кото
рый называется осцилляцией.
А.Г. И он характерен только для частицы с массой.
В.Л. Да. Если осцилляция существует, то масса обязательно должн
а быть хотя бы у одной частицы. То есть, несомненно, что нейтрино имеет мас
су. Но в экспериментах с осцилляцией выяснилось, что одновременно глубин
а этих осцилляций достигает почти 100 процентов. А это означает, что нейтри
но с разными квантовыми числами идентичны. То есть все три нейтрино, по-ви
димому, имеют одну близкую друг к другу массу.
А.Г. Несмотря на разное происхождение.
В.Л. Да, несмотря на разное происхождение.
С.Г. Очень близкую, а так как имеется ограничение Лобашова на ма
ссу электронного нейтрино, то значит, и тау-нейтрино, и мюонные нейтрино и
меют массу не больше двух-трех электрон-вольт, и поэтому в создании галак
тик они не играют роли, по-видимому.
Но я хочу сказать еще, куда все это ведет. Силы, которые вызывают переход о
дного типа нейтрино в другой, могут быть сродни силам, которые приводят к
распаду протона Ц стабильной частицы. Время жизни протона сейчас оцене
но. Оно, во всяком случае, больше чем 10 в тридцать второй лет.
В.Л. Это оценено экспериментально, но теоретики очень этим нед
овольны.
С. Г. Но оно может быть и 10 в 38-ой лет. Если это так, то опыт Ц соверше
нно нереален.
В.Л. Когда-то Салам на конференции в Токио в своем заключительн
ом саммари заявил, что если время жизни протона будет больше 10 в сорок вто
рой, тогда это будет интересно для теоретиков. Но он вычеркнул эту фразу п
отом в письменном варианте своего доклада. Это фантастика, конечно.
С.Г. Но для этого есть некоторые теоретические основания. Совре
менные теории электрослабого взаимодействия, взаимодействия кварков
Ц их называют «калибровочными теориями» Ц основаны на том, что поля вы
зываются сохраняющимися зарядами. Эти поля, как, например, электромагнит
ное поле, Ц безмассовые. Поле нейтринное, поле барионное, не вызывает без
массовых полей, нет дальнодействующих сил, так что есть опять же экспери
ментальные ограничения. Отсюда можно вывести предположение, что эти вел
ичины Ц сорт нейтрино и барионное число Ц не сохраняются.
А если не сохраняется барионное число, то это ключ к объяснению барионно
й асимметрии Вселенной. Эту гипотезу высказал впервые Андрей Дмитриеви
ч Сахаров в 67-ом году. Здесь играет очень большую роль, во-первых, возможно
сть распада барионов, скажем, протонов или антипротонов, а также некое от
клонение от симметрии, которое называется комбинированная четность, и к
инетика. Так вот с осцилляцией нейтрино может быть связано объяснение, п
очему во Вселенной нет антивещества, а только вещество, хотя в самые ранн
ие миллисекунды расширения антипротонов и протонов было почти одинако
вое количество.
А.Г. Вернемся к вашему эксперименту все-таки.
В.Л. Прежде всего я хотел бы показать, в чем состоит идея. На этой
картинке показана форма бета-спектра. На самом краю форма определяется
спектром нейтрино, потому что электрон уносит практически всю энергию, н
а долю нейтрино остается очень немного. И это как раз то место, где у нейтр
ино маленькая энергия, и поэтому чувствительность эксперимента к массе
Ц наибольшая.
Здесь показано, какой эффект вызывает наличие массы. Если масса всего ли
шь 10 электрон-вольт, то тогда количество электронов в этой заштрихованно
й области составляет примерно 10 в минус десятой от полной интенсивности
этого бета-спектра. Если масса Ц один электрон-вольт, то это 10 в минус три
надцатой. То есть приходится выделить фантастически маленькую долю все
го бета-спектра, не повредив, так сказать, при этом ее формы. Для этого как р
аз удобнее всего бета-распад трития.
Здесь два рисунка. На правом рисунке показана маленькая область кубика и
то, как все выглядит, если увеличить все почти в 2000 раз. Таким образом, нахож
дение провала на этом кусочке и является задачей эксперимента. Для этого
надо построить соответствующий спектрометр. А со спектрометрами очень
долгая история. Можно первый рисунок? Здесь очень интересная зависимост
ь. Это чувствительность экспериментов к массе нейтрино в зависимости от
времени. И, как видите, в логарифмическом масштабе Ц это прямая линия. Ока
зывается, что в тех экспериментах, которые длятся примерно 30-50 лет, улучшен
ие качества эксперимента происходит экспоненциально. То есть можно даж
е предсказать, где будет следующая точка, и, как ни странно, это почти всег
да выполняется, правда, с точностью плюс-минус единица.
С.Г. Кстати сказать, на этом рисунке вы видите, что в ИТЭФ вроде б
ы даже и обнаружили массу.
В.Л. Об этом в двух словах. В 80-м году был большой шум, потому что гр
уппа из Института теоретической и экспериментальной физики объявила, ч
то она видит в бета-распаде трития отклонения от разрешенной формы, кото
рые свидетельствуют, что масса нейтрино Ц 30 электрон-вольт.
С.Г. Или 18 электрон-вольт.
В.Л. Нет, 30 электрон-вольт, 29 плюс-минус два. Это было железное зая
вление. Это вызвало очень большой шум, потому что это, во-первых, объяснял
о наличие темной материи…
С.Г. И образование галактик.
В.Л. Да, на все массы хватало. И эксперимент, надо сказать, был оче
нь квалифицированный. И спектрометр Третьякова Ц великолепный спектро
метр для того времени. И тем не менее…
А.Г. Ошиблись на порядок.
В.Л. Да, ошиблись на порядок. Переоценили чувствительность сво
ей установки.
С.Г. Ну и в обработке данных там было не все гладко…
В.Л. Конечно, тут же люди бросились это дело перемерять. На подго
товку такого эксперимента ушло 10 лет. И первые эксперименты были сделаны
уже только в 90-ом году. Они показали, что все-таки ИТЭФ не прав.
С.Г. Здесь я хочу сказать о пользе, которая иногда бывает от ошиб
ки. Когда была эта ошибка, все бросились проверять, по-моему, 15 лабораторий.

В.Л. 20 лабораторий.
С.Г. Так что иногда ошибки бывают полезными.
В.Л. И вот в 90-ом году только начали вступать в строй установки с г
раницей порядка 100 квадратных электрон-вольт. Надо сказать, что масса мер
яется в квадратных электрон-вольтах, она получается из спектра. И видно, к
ак масса уточнялась в течение нескольких лет. Но более серьезное уточнен
ие началось только с 94-го года, когда появился наш первый результат.
В чем состоит наш эксперимент, может быть, два слова. Понимаю, времени для
этого мало. Пожалуйста, пятый рисунок. Здесь показан спектрометр и источ
ник. Это целая система, которая была создана и дала результаты, показанны
е на предыдущем рисунке. Слева находится сверхпроводящая труба с полем о
т 1 до 5 Тесла, в котором электроны движутся адиабатически, то есть вдоль ма
гнитных силовых линий. Тритий инжектируется в центр самой левой трубы, м
агнитное поле уводит электроны, а тритий по обоим концам этой трубы отка
чивается диффузионными насосами и снова поступает в трубу так, что образ
уется циркуляция. Образуется облако трития с постоянной плотностью, кот
орая испускает электроны, которые можно уже мерить и быть уверенным, что
искажение спектра определяется только взаимодействием электрона с три
тием Ц а это минимальное искажение.
Чтобы использовать все возможности такого источника пришлось, собстве
нно, придумать такой спектрометр, в котором измерение происходит интегр
альным способом, то есть пропускаются электроны с энергией выше потенци
ала цилиндрического электрода в центре спектрометра… Ну, я не буду расск
азывать подробности, но важно, что такой спектрометр позволяет получить
разрешение сразу в несколько электрон-вольт и добраться до крайней точк
и бета-спектра, на минимальные расстояния от конца.
С.Г. Поскольку я в восторге от эксперимента, то кое-что добавлю.
Понимаете, он работает в области 10 минус в одиннадцатой. Чтобы ему не меша
л остальной фон, он отсекается электрическим полем. Он ставит поле на 18 с п
оловиной, скажем, или больше электрон-вольт и электроны с меньшей энерги
ей в детектор не попадают.
А.Г. Такое электронное сито получается.
С.Г. Не сито, а просто нож, я бы сказал, который отсекает как раз ну
жную ему область. Чтобы точнее измерять энергию, он имеет магнитное поле
с такими как бы пробками.
В.Л. То, что называется «пробкотрон».
С.Г. На этом принципе Будкером была придумана термоядерная уст
ановка «Огра».
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30