19.10.2015 / № 42

Нобелевскую премию по физике в 2015 году получили Такааки Кадзита и Артур Макдональд за обнаружение осцилляции нейтрино. О том, почему это важно для мировой науки и об участии физиков НАН Беларуси в данном проекте, мы побеседовали с профессором, доктором ф.-м. наук Евгением ТОЛКАЧЕВЫМ.

Две исследовательские группы − «Супер-Камиоканде» (на фото внизу − сооружение ее нейтринного детектора) под руководством Такааки Кадзиты и Нейтринная обсерватория в Садбери (Канада) под руководством Артура Макдональда − независимо друг от друга подтвердили предсказание 1957 года советско-итальянского физика Бруно Понтекорво − открыли осцилляции нейтрино. Это процесс превращения трех типов нейтрино друг в друга, теоретически возможный только в случае ненулевой массы частиц.

− Гипотезу о существовании нейтрино в конце 1930 года выдвинул австрийский физик Вольфганг Паули (лауреат Нобелевской премии по физике 1945 года) в отчаянной попытке спасти закон сохранения энергии в β-распаде нейтрона на протон и электрон, − рассказывает Е.Толкачев. − Это одна из самых трудноуловимых фундаментальных частиц, притом, что в секунду через 1 см 2 поверхности Земли и сквозь нас пролетает 60 миллиардов только солнечных нейтрино. Они рождаются, когда протон в ядре Солнца превращается в нейтрон, путем обратного β-распада, испуская при этом позитрон и электронное нейтрино. Нейтроны сильно взаимодействуя с протонами образуют α-частицы − ядра атома гелия, спектры которого были впервые обнаружены в солнечной короне. Позитроны аннигилируют с электронами, рождая очень энергичные γ-кванты, которые преизлучаясь, где-то через миллион лет достигают поверхности нашего светила, а затем и Земли.

Нейтрино же практически мгновенно пронизывают Солнце, а через 8 минут и Землю. В расставленные на планете «сети» − детекторы − попадают лишь единицы. Однако их число не согласовывалось с исходящим от Солнца потоком энергии. Загадка солнечных нейтрино «испортила кровь» не одному поколению физиков. Высказанная в Дубне будущим академиком Б.Понтекорво, идея осцилляций нейтрино долго оставалась всего лишь одним из вариантов решения проблемы, хотя и удостоенным Ленинской премии. Однако открытие вначале мюонов, которые распадаются на электроны, электронное антинейтрино и мюонное нейтрино, а затем тяжелых тау-мезонов и тау-нейтрино, механизм Понтекорво стал доминирующим. Окончательную точку поставили эксперименты лауреатов Нобелевской премии 2015 года. Безусловно, открытие осцилляций нейтрино только косвенно подтверждает, что у нейтрино есть масса. Измерить массы нейтрино весьма непросто из-за малости их величины. Для электронных нейтрино отличие массы от нуля весьма несущественно, о чем рассказал сигнал от вспышки сверхновой 1987 года. Сначала на советско-итальянском нейтринном телескопе под Монбланом, а затем нейтринные детекторы Камиоканде II и Баксан (СССР) зарегистрировали последовательность из 24 нейтрино и антинейтрино.

Японцам удалось с точностью около 20 градусов определить направление на источник в Большом Магеллановом Облаке. Это был первый случай регистрации нейтрино от вспышки сверхновой. При этом нейтрино на три часа опередили поток света от вспышки, который тормозился по пути межзвездной средой. Именно это трехчасовое расхождение указывает на малость нейтринной массы. Нейтрино образуются не только в термоядерных реакциях в недрах звезд, или при взрывах сверхновых. Они рождаются в слабых распадах нейтронов, а также π и К-мезонов, возникающих в верхних слоях атмосферы Земли под влиянием космического излучения (атмосферные нейтрино). Все нейтрино − лептоны со спином ½, они участвуют в слабом и гравитационном взаимодействиях.

Исследования в области нейтринной физики продолжаются, в том числе и при участии белорусских ученых. Так, сотрудники лаборатории теоретической физики Института физики им.Б.И.Степанова НАН Беларуси Петр Евтухович и Дмитрий Шелковый работают над очередным усовершенствованием установки Камиоканде. Впереди новые эксперименты, а значит и новые открытия. Об интенсивности исследований говорит и тот факт, что 13 октября в Институте физики НАН Беларуси с докладом «Нейтринная программа лаборатории ядерных проблем ОИяИ» выступил О.Смирнов.

− Физика нейтрино имеет и прикладной аспект, − говорит Евгений Аркадьевич. − Их можно использовать как своеобразный «рентген», позволяющий увидеть онлайн поведение ядерного топлива в реакторе АЭС. Пока создание такого детектора Беларуси не по карману, но можно начинать с небольших научных установок, как, например, на Ровенской АЭС в Украине.

Как показали эксперименты французских физиков, нейтринные детекторы позволяют обнаружить несанкционированную наработку оружейного плутония, что является важным шагом в решении задачи о нераспространении ядерного оружия.

 

Светлана КАНАНОВИЧ,

«Навука»