Ловушка для хамелеона

7 июня 2010, 00:00

Сотрудники специальной лаборатории Итальянского национального института ядерной физики (INFN), расположенной на глубине 1400 метров от подножия горы Гран-Сассо, официально объявили, что им впервые удалось напрямую детектировать переход нейтрино из одного типа в другой.

Нейтрино — трудноуловимые элементарные частицы, не имеющие заряда (именно благодаря этой «беззарядности» они практически не взаимодействуют с прочими частицами). Физики полагают, что в природе существует три типа нейтрино — электронные, мюонные и тау. Причем, согласно одному из базовых постулатов стандартной модели физики элементарных частиц, масса нейтрино долгое время полагалась равной нулю, что, впрочем, вызывало у ученых большие сомнения.

С нейтрино также связана одна из самых интригующих загадок Солнца, являющегося интенсивным источником электронных нейтрино, — существенная недостача фиксируемых приборами солнечных нейтрино по сравнению с теоретическими оценками.

Еще с середины прошлого века у теоретиков возникло предположение: нейтрино, бесконечно путешествуя в космическом пространстве, время от времени могут, подобно хамелеонам, менять свой тип (осциллировать). Впервые эта гипотеза была высказана в 1957 году одним из основоположников нейтринной физики Бруно Понтекорво, итальянцем, в 1950 году тайно переехавшим в Советский Союз из политических соображений (с середины 50-х и до конца жизни академик АН СССР Понтекорво работал в лаборатории ядерных проблем Объединенного института ядерных исследований в Дубне).

Если бы этот красивый квантово-механический эффект подтвердился экспериментально, он, с одной стороны, наконец объяснил бы недостаток наблюдаемых солнечных нейтрино, а с другой — стал бы важнейшим свидетельством ненулевой массы этих частиц.

В течение нескольких десятилетий физики осуществляли хитроумнейшие опыты по отлову различных типов нейтрино, и осцилляционная гипотеза косвенным образом вроде бы подтверждалась неоднократно. Однако до сих пор непосредственного детектирования этого пресловутого типового перехода никому осуществить не удавалось.

Долгожданный успех пришел в результате трехлетнего эксперимента OPERA, осуществлявшегося с 2006 года совместными усилиями лаборатории Гран-Сассо и швейцарского ЦЕРНа.

На женевском ускорителе протоны при столкновении с мишенью продуцируют короткоживущие субатомные частицы — пионы и каоны. Последние, в свою очередь, быстро распадаясь, образуют мощный поток нейтрино. Точнонаправленный нейтринный поток из Женевы путешествует на расстояние порядка 740 км до итальянской лаборатории (на всю эту «дорогу» у нейтрино уходит 2,4 миллисекунды), где его улавливают при помощи специальных детекторов, многотонных свинцовых поглощателей, фиксирующих трэки продуктов распада нейтрино при взаимодействии с ядрами свинца.

Каждый тип нейтрино производит четко определенные трэки; в частности, тау-нейтрино, на которые в основном и велась охота в Гран-Сассо, распадаясь, оставляли вместо себя тау-лептоны, которые затем снова распадались — на мюоны, адроны и электроны. Именно итоговая картина распада тау-лептонов и дала наконец итальянским исследователям четкое (с достоверностью 98%) свидетельство произошедшей нейтринной осцилляции.