Диалоги (октябрь 2003 г.) - Гордон Александр (книги онлайн полностью TXT) 📗
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 сравнительно близко от нас.
В.Л. 180 тысяч световых лет…
С.Г. Однако, три установки, в том числе российская на Баксане, зарегистрировали импульс нейтрино, скоррелированный со вспышкой этой сверхновой.
В.Л. Правда, к сожалению, американский эксперимент IBM и японский «Камиоканде» сделали это более отчетливо. А так, это была бы большая претензия 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? Вот это я пытаюсь понять.
В.Л. Сейчас я попытаюсь два слова, может быть, добавить, почему нейтрино поведет нас дальше. Мне кажется, потому что оно имеет очень маленькую массу.
С.Г. Это, во-первых.
В.Л. И это выделяет ее из всех других частиц. Правда, фотон не имеет вообще массы, но это специфический случай. А вот фермион, то есть частица с полуцелым спином, как у нейтрино, не имеющая массы или очень маленькую массу, она должна быть объяснена. И это объяснение, по-видимому, на сегодня 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, где нейтрино после своего рождения меняло свое квантовое число. Скажем, с электронного на мюонное или с мюонного на тау-нейтрино. Это процесс, который называется осцилляцией.
А.Г. И он характерен только для частицы с массой.
В.Л. Да. Если осцилляция существует, то масса обязательно должна быть хотя бы у одной частицы. То есть, несомненно, что нейтрино имеет массу. Но в экспериментах с осцилляцией выяснилось, что одновременно глубина этих осцилляций достигает почти 100 процентов. А это означает, что нейтрино с разными квантовыми числами идентичны. То есть все три нейтрино, по-видимому, 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 массу электронного нейтрино, то значит, и тау-нейтрино, и мюонные нейтрино имеют массу не больше двух-трех электрон-вольт, и поэтому в создании галактик они не играют роли, по-видимому.
Но я хочу сказать еще, куда все это ведет. Силы, которые вызывают переход одного типа нейтрино в другой, могут быть сродни силам, которые приводят к распаду протона – стабильной частицы. Время жизни протона сейчас оценено. Оно, во всяком случае, больше чем 10 в тридцать второй лет.
В.Л. Это оценено экспериментально, но теоретики очень этим недовольны.
С.Г. Но оно может быть и 10 в 38-ой лет. Если это так, то опыт – совершенно нереален.
В.Л. Когда-то Салам на конференции в Токио в своем заключительном саммари заявил, что если время жизни протона будет больше 10 в сорок второй, тогда это будет интересно для теоретиков. Но он вычеркнул эту фразу потом в письменном варианте своего доклада. Это фантастика, конечно.
С.Г. Но для этого есть некоторые теоретические основания. Современные теории электрослабого взаимодействия, взаимодействия кварков – их называют «калибровочными теориями» – основаны на том, что поля вызываются сохраняющимися зарядами. Эти поля, как, например, электромагнитное поле, – безмассовые. Поле нейтринное, поле барионное, не вызывает безмассовых полей, нет дальнодействующих сил, так что есть опять же экспериментальные ограничения. Отсюда можно вывести предположение, что эти величины – сорт нейтрино и барионное число – не сохраняются.
А если не сохраняется барионное число, то это ключ к объяснению барионной асимметрии Вселенной. Эту гипотезу высказал впервые Андрей Дмитриевич Сахаров в 67-ом году. Здесь играет очень большую роль, во-первых, возможность распада барионов, скажем, протонов или антипротонов, а также некое отклонение от симметрии, которое называется комбинированная четность, и кинетика. Так вот с осцилляцией нейтрино может быть связано объяснение, почему во Вселенной нет антивещества, а только вещество, хотя в самые ранние миллисекунды расширения антипротонов и протонов было почти одинаковое 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, на долю нейтрино остается очень немного. И это как раз то место, где у нейтрино маленькая энергия, и поэтому чувствительность эксперимента к массе – наибольшая.
Здесь показано, какой эффект вызывает наличие массы. Если масса всего лишь 10 электрон-вольт, то тогда количество электронов в этой заштрихованной области составляет примерно 10 в минус десятой от полной интенсивности этого бета-спектра. Если масса – один электрон-вольт, то это 10 в минус тринадцатой. То есть приходится выделить фантастически маленькую долю всего бета-спектра, не повредив, так сказать, при этом ее формы. Для этого как раз 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, нахождение 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 зависимость. Это чувствительность экспериментов к массе нейтрино в зависимости от времени. И, как видите, в логарифмическом масштабе – это прямая линия. Оказывается, что в тех экспериментах, которые длятся примерно 30-50 лет, улучшение качества эксперимента происходит экспоненциально. То есть можно даже предсказать, где будет следующая точка, и, как ни странно, это почти всегда выполняется, правда, с точностью плюс-минус единица.
С.Г. Кстати сказать, на этом рисунке вы видите, что в ИТЭФ вроде бы даже и обнаружили массу.
В.Л. Об этом в двух словах. В 80-м году был большой шум, потому что группа из Института теоретической и экспериментальной физики объявила, что она видит в бета-распаде трития отклонения от разрешенной формы, которые свидетельствуют, что масса нейтрино – 30 электрон-вольт.
С.Г. Или 18 электрон-вольт.
В.Л. Нет, 30 электрон-вольт, 29 плюс-минус два. Это было железное заявление. Это вызвало очень большой шум, потому что это, во-первых, объясняло наличие темной материи…
С.Г. И образование галактик.
В.Л. Да, на все массы хватало. И эксперимент, надо сказать, был очень квалифицированный. И спектрометр Третьякова –великолепный спектрометр для того времени. И тем не менее…
А.Г. Ошиблись на порядок.
В.Л. Да, ошиблись на порядок. Переоценили чувствительность своей установки.
С.Г. Ну и в обработке данных там было не все гладко…
В.Л. Конечно, тут же люди бросились это дело перемерять. На подготовку 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 ошибки. 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 границей порядка 100 квадратных электрон-вольт. Надо сказать, что масса меряется в квадратных электрон-вольтах, она получается из спектра. И видно, как масса уточнялась в течение нескольких лет. Но более серьезное уточнение началось только с 94-го года, когда появился наш первый результат.
