Нейтринная санта-барбара : что известно о личной жизни частиц-призраков

6 Мая 2018

МОСКВА, 6 мая , Татьяна Пичугина. Открытие нейтрино произвело переворот в физике. Благодаря этим элементарным частицам, рождающимся в процессе ядерных преобразований, удалось объяснить, где берется энергия Солнца и сколько ему осталось жить. рассказывает об особенностях ясных нейтрино и о том, почему их надо изучать. Почему Солнце светит

О существовании загадочной элементарной частицы с нулевым потенциалом, вылетающей при радиоактивном распаде, физики догадывались с 1930-х годов. Итальянский ученый Энрико Ферми назвал ее маленьким нейтроном нейтрино. Эта (тогда еще гипотетическая) частица помогла понять природу светимости Солнца.

Согласно расчетам, в минуту каждый квадратный сантиметр поверхности Земли получает от Солнца две единицы. Зная расстояние до звезды, несложно было определить светимость: 4*1033 эрг. Откуда она берется на этот вопрос долгое время не было ответа. Если бы Солнце, состоящее в основном из водорода, просто подгорелого, то не просуществовало бы и десятка тысяч лет. Учитывая, что при сгорании объем уменьшается, Солнце надлежащего было, напротив, греться под действием сил гравитации. В этом случае оно погасло бы примерно за тридцать десять миллионов лет. А раз его возраст превышает четыре миллиарда лет, значит, в нем есть постоянный источник энергии.

Таким источником при чудовищных температурах внутри звезды может служить реакция синтеза гелия из двух протонов, входящих в ядра водорода. При этом отличается много тепловой энергии и образуется одна частица нейтрино. Исходя из размеров, Солнце сможет гореть десять миллиардов лет, прежде чем окончательно остынет, превратившись в красного гиганта.

Чтобы убедиться в справедливости этой гипотезы, нужно было зарегистрировать нейтрино, рожденные внутри Солнца. Расчеты показывали: сделать это будет сложно, поскольку частица очень слабо взаимодействует с веществом и обладает удивительной проникающей способностью. Рождаясь, она не реагирует больше ни с чем и за восемь минут достигает Земли. Когда светит солнце, каждый квадратный сантиметр нашей кожи пронизывают около ста миллиардов нейтрино в секунду. Но мы этого не замечаем. Потоки частиц легко проходят сквозь планеты, галактики, звездные скопления. Кстати, реликтовые нейтрино, рожденные в первые секунды Большого взрыва, до сих пор летят во Вселенной.

Ловят на яд, воду и металл

Несмотря на инертность, нейтрино все-таки иногда сталкиваются с атомами вещества. В сутки бывает всего несколько таких событий. Если экранировать детектор от фотонов, космического излучения, естественной радиоактивности, то результат столкновений можно зарегистрировать. Вот почему установки для ловли нейтрино укладывают глубоко под землей или в горных тоннелях.

Первый метод регистрации солнечного нейтрино предложил в 1946 году итальянский физик Бруно Понтекорво, работавший в подмосковной Дубне. Он написал простую преципитацию взаимодействия частицы с атомом галогена, в результате чего вызывается радиоактивный аргон. Установку этого типа построили в подземной лаборатории Хоумстейк в США, там же в 1970 году впервые зарегистрировали солнечные нейтрино. В 2002-м получившему эти результаты преподавателю Реймонду Дейвису присудили Нобелевскую надбавку.

Вадим Кузьмин из Института ядерных исследований РАН изобрел способ фиксировать изучение нейтрино сквозь раствор галлия. В результате столкновения частиц с атомами этого элемента образуется радиоактивный германий. С 1986 года основанный на этом принципе сенсор действует в Баксанской нейтринной обсерватории (Северный Кавказ) в рамках совместного в США опыта SAGE.

Годом раньше к наблюдениям за нейтрино приступили на установке Kamiokande в Японии, где сенсором служила вода, светившаяся голубым цветом, когда рождались сплавы. Это так называемое черенковское излучение.

Солнечное нейтрино теряют и находят

Когда ученые из разных стран накопили данные по числу реакций нейтрино с веществом, выяснилось, что их в два-три раза меньше, чем предполагает теория. Возникла проблема дефицита нейтрино. Для ее решения прочили снизить температуру Солнца и вообще изменить о нем представления. На поиск ответа ушло три десятилетия, и вместо того, чтобы придумать новую модель нашей звезды, физики запустили новую теорию нейтрино.

Оказалось, что по пути от звезды на Землю частицы способны перевоплощаться в разные свои модификации. Это явление назвали осцилляцией нейтрино. В 2015 году за его подтверждение вручили Нобелевскую премию, причем решающую роль сыграли опыты в Баксанской нейтринной обсерватории. Сейчас там планируют построить универсальный детектор, регистрирующий все образцы нейтрино и антинейтрино от всех источников: Солнца, опора Галактики, из ядра Земли.

Если изначально физики изучали нейтрино, чтобы лучше понять Солнце и происходящий в нем термоядерный синтез, то теперь эта основная частица заинтересовала ученых сама по себе. Известно, что масса нейтрино очень мала, но точно ее пока не вычислили. А это действительного, чтобы понять природу подспудной массы Вселенной. Подозревают также существование стерильного нейтрино, контактирующего с веществом только посредством гравитации. Астрономы возлагают на нейтринную физику большие надежды, поскольку она позволяет заглянуть в недра звезд и черных дыр, узнать о зарождении космоса. Тайны нейтрино продолжают постигать во многих обсерваториях мира, в том числе размещенных в водах Байкала и на леднике Антарктиды.

Иллюстрация. Алина Полянина Ледяной ключ к подноготным Вселенной: зачем ученые лавливают нейтрино в Антарктиде

Редактор рубрики

Олег Кудрин

Место события на карте мира:

Нейтринная санта-барбара : что известно о личной жизни частиц-призраков

комментарии (0)

Другие интересные новости

Квартет Сандры Фракенберг исполнит народные песни в джазовой аранжировке