Причина столь долгого пути от теории к наблюдению в том, что нейтрино обладают чрезвычайно высокой проникающей способностью и регистрировать их невероятно трудно. Нейтрино может пройти расстояние 100 световых лет в веществе с плотностью воды, не провзаимодействовав с ним. Однако нейтрино во Вселенной очень много - по некоторым оценкам, не меньше, чем фотонов. Поэтому нейтрино все-таки время от времени в реакции вступают. Это и позволяет их обнаруживать, регистрируя продукты реакции счетчиками заряженных частиц. Счетчики располагают в толщах горных пород, на дне озер и морей: мощный слой вещества задерживает потоки всех частиц, кроме нейтрино.

Японские исследователи сообщили, что им удалось наблюдать превращение нейтрино одного типа в нейтрино другого типа - так называемую осцилляцию этих частиц. Реакция свидетельствует, что нейтрино, ранее считавшиеся безмассовыми, массой, хотя и чрезвычайно малой, все-таки обладают. Это открытие заставляет пересмотреть ряд современных теорий строения не только микромира, но и всей Вселенной.

В1930 году Вольфганг Паули, анализируя спектры атомных распадов, обнаружил отклонение от закона сохранения энергии. Он предположил, что часть энергии уносит некая частица, не имеющая заряда и, возможно, массы. Спустя четыре года Энрико Ферми назвал ее нейтрино ("нейтрончиком"). Через двадцать с лишним лет нейтрино были обнаружены экспериментально Фредом Райнсом и Клайдом Коуэном.

Мощный поток электронных нейтрино испускает Солнце. По расчетам, в рамках так называемой Стандартной солнечной модели он должен составлять 1,8.1038 нейтрино в секунду. Однако измерения дали значение в три с лишним раза меньшее. Это расхождение можно объяснить двумя причинами:

Нейтрино возникают в результате вполне определенных ядерных реакций. Например, протон распадается на нейтрон, позитрон и так называемое электронное нейтрино. Это позволяет строго определить, какой тип нейтрино зарегистрировал счетчик. Сегодня их известно три: электронные, мюонные и тау-нейтрино. Теория предсказывает, что может существовать и четвертый тип - так называемые стерильные нейтрино, которые реагируют с веществом еще слабее, и обнаружить их поэтому несравненно труднее. Все нейтрино настолько легче остальных частиц своего класса, что до последнего времени надежной была только оценка верхнего предела их масс.

Нейтрино на пути от Солнца к детектору испытывают распад или так называемые осцилляции - периодические превращения одного типа нейтрино в другой.

На Солнце идут процессы, не отвечающие Стандартной модели.

Выяснить, какая из причин ответственна за дефицит солнечных нейтрино, можно только путем длительных и точных измерений в специализированных нейтринных обсерваториях. В нашей стране работают нейтринный телескоп на Байкале и комплекс установок Баксанской обсерватории (см. "самый интересный журнал Наука и жизнь " № 10, 1998 г.). В Японии построен детектор нейтрино "Суперкамиаканде" - цилиндрическая емкость высотой 40 и диаметром 39 метров, наполненная дистиллированной водой. Детектор установлен в шахте глубиной около километра. Нейтрино, реагируя с веществом, порождают ливни вторичных частиц высокой энергии. Разлетаясь в воде, они вызывают так называемое черенковское излучение, которое регистрируется 13 тысячами фотодетекторов. На этой установке проводились многолетние наблюдения за нейтринными потоками. Основной их задачей было выяснить: могут ли нейтрино одного типа превращаться в нейтрино другого типа - осциллировать.

Это название пришло из механики - по аналогии с особенностями колебаний двух маятников, связанных резиновой нитью. Если раскачать один маятник, его колебания через упругую связь начнут раскачивать другой. Через некоторое время первый маятник остановится, а второй начнет колебаться с полным размахом. Колебания системы испытывают биения, или осцилляции. В квантовой механике колебания маятников эквивалентны распространению частиц, а связь - их взаимодействию.



Подземные установки рассчитаны на поиск нейтрино, родившихся в атмосфере Земли при взаимодей ствии мощных космических излучений с ядрами атомов газа. За 540 дней непрерывной работы "Суперкамиаканде" зарегистрировал 47 тысяч следов нейтрино разных типов. Электроника "пересчитывала" отдельно нейтрино, приходящие сверху, непосредственно из атмосферы, и нейтрино, пронизавшие насквозь Землю. Поиск осцилляций шел двумя путями: "на исчезновение" - ослабление нейтринного потока и "на появление" - возникновение продуктов реакции, не соответствующих нейтрино данного типа. Обработка результатов измерений показала, что число "нижних" нейтрино отличается от числа "верхних" почти в два раза. На пути в 13 тысяч километров сквозь толщу Земли часть электронных и мюонных нейтрино превратилась в нейтрино другого типа (возможно - стерильные), которые детектор не зарегистрировал. А это означает, что нейтрино имеют массу, ибо, согласно теории, "невесомые" частицы осциллировать не могут.

Открытие японских физиков трудно переоценить. Оно позволит подтвердить одни теории строения вещества, "закрыть" другие и разрешить наконец загадку "скрытой", или "темной", массы Вселенной (см. "самый интересный журнал Наука и жизнь " № 2, 1994 г.). Массы галактик, вычисленные по светимости звезд, оказались в несколько раз меньше масс, измеренных по гравитационному взаимодействию. И может оказаться, что "тяжелые" нейтрино составляют до 90% массы всей Вселенной. С. Транковский.



Результаты измерений детектором "Суперкамиаканде" количества нейтрино (крестики), прилетевших непосредственно из атмосферы (cosq = 1) и прошедших сквозь Землю (cosq = -1) в сравнении с теоретическими расчетами (заштрихованные прямоугольники). Почти половина нейтрино, прошедших через толщу земных пород, превратились в частицы другого типа, которые прибор не зарегистрировал.