Диалоги (октябрь 2003 г.) - Гордон Александр (книги онлайн полностью TXT) 📗
Дальше две пары американских физиков Фейнман и Гелман, с одной стороны, и еще раньше Маршак и Сударшан использовали идею спиральности и решили, что все частицы – и массивные, и электроны, и протоны, – имеющие массу, тоже входят слегка левым образом. На основе этого предположения им удалось создать теорию бета-распада, а к тому времени были известны и другие события, где участвовали бета-силы.
И одно из первых предположений возникло в 46-ом году, когда выяснилось, что частицы, предполагали юкавскими, в веществе живут долго. Понтекорво предположил, что эти мю-мезоны захватываются ядрами наподобие того, как иногда электроны захватываются ядрами с испусканием нейтрино. Отсюда пошла гипотеза об универсальности слабых взаимодействий, что бета-силы не одиночные силы, а все распады с испусканием нейтрино и других частиц, связаны со слабыми взаимодействиями. А форма взаимодействия была такая, как если бы два тока обменивались частицей, имеющей спин единицу. Когда это было выяснено, была создана единая теория электрослабых взаимодействий, объединили слабые взаимодействия с электромагнитными. Точно так же, как в 19-ом веке Фарадей и Максвелл обнаружили единство магнитных и электрических сил, так обнаружено было и это единство слабых и электромагнитных взаимодействий.
Нейтрино в этом сыграло выдающуюся роль, потому что так называемый «V-А вариант» был построен по типу взаимодействия левых и правых частиц. И это блестяще подтвердилось. Принципы, на которых была построена теория, потом использовались уже в теории сильных взаимодействий – взаимодействий кварков. Возникла новая наука «квантовая хромодинамика».
Последние открытия, о которых Владимир Михайлович будет говорить, показывают, что нейтрино поведет нас еще и дальше, возможно, действительно к фундаментальнейшим следствиям.
В.Л. Вглубь Вселенной.
А.Г. Как?
В.Л. Нейтрино вместе с реликтовым фотоном является самой распространенной частицей в мире, то есть на каждый, скажем, нуклон или же тяжелую частицу приходится примерно десять в девятой степени нейтрино. То есть, вообще говоря, мы находимся в нейтринном море…
С.Г. «Нейтрино вокруг нас».
В.Л. Особенно большую роль это играло в момент биг-бенга, то есть рождения Вселенной. Тогда вообще существовали только электромагнитная плазма и нейтрино. А потом, при расширении, нейтрино смогли бы взаимодействовать друг с другом и за счет флуктуации образовать зародыши галактик…
С.Г. Если бы у них была масса.
В.Л. И вот теперь вопрос: галактики-то существуют. А действительно ли нейтрино вызвало это? По исследованиям реликтового излучения, действительно, нейтрино вроде бы имеют малую массу и способны вызвать эти флуктуации. Теперь дело за подтверждением этого экспериментами на Земле.
С.Г. Но, в конечном счете, твой эксперимент показывает, что это не так. Нейтрино играют во Вселенной колоссальную роль, но не…
А.Г. Дайте, я попробую задать вопрос, а вы поймете, понимаю я, о чем идет речь или нет. Нейтрино много, и они обладают маленькой, но массой. За счет общего количества этих частиц можно предположить общую массу нейтрино во Вселенной и таким образом избавиться от давно мучащего нас вопроса: почему та материя, которую мы имеем, занимает такой незначительный процент? Так теперь, оказывается, списать это на нейтрино не получается, даже если мы учитываем, что нейтрино может изменяться?
В.Л. Несомненно, что нейтрино в начале, примерно, по-моему, 400000 лет после биг-бенга, играли лидирующую роль в образовании флуктуации. Я думаю, что…
С.Г. Нет, нет. Вы очень хорошо поняли тему, потому что как раз из этих соображений Яков Борис Зельдович и я оценили верхний предел на массу всех типов нейтрино. Он тогда был примерно в тысячу раз, скажем, меньше, чем масса электрона. Сейчас эта цифра опять уменьшена, до 20 электрон-вольт… Но ваш вопрос совершенно правильный. Потому что из этих соображений мы и оценили в свое время верхнюю границу. Но… оказалось, что существует три типа нейтрино. Массу электронного нейтрино Владимир Михайлович с рекордной точностью ограничил верхним пределом – два электрон-вольт сейчас, да?
В.Л. Да.
С.Г. То лабораторные эксперименты для мюонного нейтрино дают верхнюю границу в 300 килоэлектрон-вольт, это почти 160 масс электрона. А для так называемого тау-нейтрино прямые эксперименты дают массу 15 миллионов электрон-вольт. То есть в 30 раз больше. Это прямые солнечные эксперименты. А вот из космологических данных на все эти массы можно было дать меньший верхний предел. Но в принципе, этот предел позволял бы, как говорит Владимир 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 произвел Владимир Михайлович, оказалось, что так, к сожалению, не получается. Не из-за нейтрино образовались скопления галактик и так далее.
А.Г. То есть, нейтрино играли роль в образовании структуры Вселенной, но не только они.
С.Г. Они маленькую роль играли, скорее всего.
Я хотел пояснить вот какую вещь. Почему реально было зарегистрировать нейтрино? Почему в этом сомневались, и почему все-таки это удалось? Оказывается, нейтрино с реакторной энергией или то, что от Солнца идет, может пролететь десять в двадцатой сантиметров в плотном веществе, в чугуне, это в 10 миллионов раз больше, чем расстояние от Солнца до Земли. И только на этом расстоянии есть вероятность, близкая к двум третьим, что оно вызовет какую-то реакцию.
В чем заключалась идея Бруно Понтекорво о возможности регистрации нейтрино? Представьте, что у вас есть кубический метр вещества. Если одно нейтрино пролетает метр, а длина его среднего пробега десять в двадцатой, то вероятность, что оно на этом пути вызовет реакцию – десять минус в восемнадцатой. Это ничтожное число. Теперь представьте, что этот куб стоит около реактора. Реактор испускает на расстоянии 10 метров – это Владимир Михайлович хорошо знает…
В.Л. Десять в тринадцатой…
С.Г. Десять в тринадцатой нейтрино на сантиметр квадратный в секунду. Площадь у вас метр на метр, 10 в четвертой, значит, падает 10 в семнадцатой нейтрино в секунду. А вероятность зарегистрировать для одного – десять минус в восемнадцатой. Вы получаете в секунду одну десятую события. За 10 секунд – событие. Я говорю об идеализированном случае, потому что – и об этом, я думаю, Владимир Михайлович будет говорить, – серьезные физики тратят больше времени на различные контрольные эксперименты, чем на открытие.
А число нейтрино от реактора легко сосчитать. Возьмем Чернобыльский миллионник, реактор в миллион киловатт. Вы можете сказать, сколько делений происходит, чтобы дать миллион киловатт электрической мощности, это три миллиона тепловой мощности.
В.Л. Можно прямо сказать, сколько бета-частиц там образуется.
С.Г. Конечно. Десять в двадцатой в секунду делится на 4?R2, получается десять в тринадцатой. Так же можно сказать, сколько нейтрино идет от Солнца. В школах говорят о солнечной постоянной – две калории в минуту на квадратный сантиметр. Для того чтобы поддерживать такую светимость Солнца, нужно определенное число реакций. Путем несложных вычислений вы получите шесть на десять в десятой нейтрино в секунду на квадратный сантиметр. Вот мы сидим, а на каждый квадратный сантиметр нашего тела падают 60 миллиардов солнечных нейтрино.
А.Г. И экранировать это невозможно.
В.Л. Невозможно. Можно представить масштабы нейтринного присутствия во Вселенной по взрыву сверхновой. Например, если бы нейтрино, испускаемые при взрыве SN-87 в Магелановом облаке, обладали достаточно сильными взаимодействиями, то энергия, которая выделилась в Солнечной системе, была бы джоуль на квадратный сантиметр. Достаточно вспомнить, что при взрыве небольшого термоядерного заряда такая энергия выделяется примерно на квадратном километре. То есть, все бы было сметено.
