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».
В.Л. Здесь главное, что с помощью магнитного поля можно избежат
ь регистрации электронов, которые родились на стенках. Электростатичес
кие спектрометры все страдают именно тем, что в остаточном газе образуют
ся ионы, они бомбардируют стенки, электроны попадают в детектор…
А.Г. Сильный шум…
В.Л. Очень сильный фон или шум. На этом погорело несколько экспе
риментов. Сейчас еще есть один любитель, который хочет сделать чистую эл
ектростатику, посмотрим. Я думаю, что ничего не выйдет.
С.Г. В общем, это блестяще придумано. И отсечение от фона, и точно
сть измерения энергии.
В.Л. Седьмой рисунок, пожалуйста.
Здесь показано как выглядит экспериментальный бета-спектр. Обратите вн
имание, внизу шкала энергий, то есть изменяется потенциал этого спектром
етра, и считается количество электронов, регистрируемых детектором за о
пределенный интервал времени. И видно, что буквально несколько электрон
-вольт отделяют первые не нулевые точки от граничной энергии бета-спект
ра. Таким образом, это наиболее чувствительная область приближается как
можно ближе к самому концу.
Мне не хотелось бы сейчас об этом слишком много говорить, но здесь же виде
н некий эффект, который мы еще не понимаем. Пунктиром обозначен бета-спек
тр, который получен путем сравнения со всем бета-спектром, который мы мож
ем регистрировать. Мы только часть, конечно, можем регистрировать. И эта р
азность между пунктирным бета-спектром и экспериментальным имеет хара
ктер ступеньки. Здесь, может, плохо видно, потому что большой наклон. На са
мом деле, если вычесть одно из другого, то получается почти ступенька. Это
вещь вообще-то не мешает измерению массы нейтрино, потому что может быть
исключена просто вырезанием, так сказать. Но, с другой стороны, она носит о
чень странный характер. Мы пока еще работаем над этим. Но, в общем, повторя
ется это уже в течение многих лет.
А.Г. Никаких гипотез, объясняющих это…
В.Л. Есть гипотезы, но очень экстравагантные, даже не хотелось б
ы о них говорить.
С.Г. Я хотел бы еще немножко сказать о нейтрино в астрофизике и к
осмологии. Когда в Галактике вспыхивает сверхновая звезда, ее свет сравн
им со светом всей Галактики, а в Галактике сто миллиардов звезд, то есть он
а светит как сто миллиардов звезд. Но оказывается, что это всего один или д
ва процента от общей выделяемой энергии. 98-99 процентов выделяется в нейтр
ино. Почему? Да потому что нейтрино могут проходить…
В.Л. Вылететь могут…
С.Г. Последнее достижение многолетней работы Ц это то, что с по
мощью нейтрино удалось заглянуть в центр Солнца и посмотреть, как оно ра
ботает. Были большие сомнения, потому что первый эксперимент по идее Пон
текорво, поставленный Дэвисом…
А.Г. Там возник дефицит нейтрино.
С.Г. Да, дефицит нейтрино. Потом японцы запустили установку «Ка
миоканде», потом еще «Суперкамиоканде». У них тоже был дефицит, но если вы
брали данные «Камиоканде» и потом переносили этот поток к Дэвису, оказыв
алось, что некоторые побочные источники нейтрино, которые должны были бы
ть, не только не вносят вклада, а вообще дают отрицательный вклад. То есть
возникало противоречие.
На Баксане, в институте, где работает Владимир Михайлович, был поставлен
опыт.
В.Л. Это отдел академика Зацепина.
С.Г. Был поставлен опыт, предложенный Кузьминым Ц галлий-герм
аниевый радиохимический способ, там было накоплено 60 тонн галлия, это фак
тически вся мировая добыча.
В эксперименте Дэвиса не мог быть зарегистрирован основной поток нейтр
ино, который обладает меньшей энергией, порог регистрации у него был выс
окий. А в галлие-германиевом эксперименте регистрируется именно основн
ой поток. И там тоже обнаружили дефицит. Это означало, что дело не в Солнце.
Все решились буквально два года назад, когда заработала канадская обсер
ватория SNO, они обнаружили следующее.
У них была тяжелая вода, то есть был дейтерий, и они могли регистрировать,
как электронные нейтрино, которые вызывают превращение одного из нейтр
онов в протон и испускание электрона, так и взаимодействие, которое вызы
вается так называемыми нейтральными токами. С помощью нейтральных токо
в может действовать не только электронное нейтрино, а и мюонные и тау-ней
трино. Когда на основании теории и экспериментальных данных посмотрели
вклад этих нейтральных токов, то всё сошлось буквально. Ликвидировалось
противоречие между хлор-аргонным методом Дэвиса, данными «Камиоканде»
и канадской обсерватории. То есть, фактически была зарегистрирована осц
илляция нейтрино, во-первых. Во-вторых, было показано, что с Солнцем все в п
орядке. Нейтрино из Солнца принесли нам информацию, а потом японцы устро
или опыт на реакторных нейтрино. У них в сто километров был реактор, кажет
ся, Володя?
В.Л. Не один реактор, а все буквально имеющиеся в Японии реактор
ы давали вклад в установленный детектор.
С.Г. И обнаружили, что от реактора идет поток электронных антин
ейтрино, что он на нужном расстоянии уменьшился Ц они перешли в другой т
ип, а другой тип не вызывал соответствующей реакции.
В.Л. Кстати говоря, в связи с этим было отмечено, что если ставит
ь новые эксперименты, более чувствительные, то нейтрино от реакторов буд
ут просто мешать, фонить.
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