Валерий Попов - Записки эмигранта

КАТРИН – это сокращённое название от слов:

Карлсруе Тритиум Нейтрино Эксперимент.

Многие помнят известное изречение «Атом неисчерпаем». Когда то эта фраза и модель атома были символом города физики Протвино, моего родного города, где до сих пор работает один из крупнейших ускорителей элементарных частиц У-70 и где были сделаны многие научные открытия. Сегодня известно всем, и не только физикам, что атомное ядро состоит из «кирпичиков», таких элементарных частиц, как нейтроны и протоны. Нейтрон нейтрален. Не имеет электрического заряда и поэтому получил такое название.

Известный швейцарский физик Вольфганг Паули ещё в 1931 году пришёл к выводу, что в природе существует ещё одна нейтральная частица с массой много меньшей, чем у нейтрона.

По предложению итальянского физика Энрико Ферми эту частицу, этот «маленький нейтрончик» назвали нейтрино. Через каждый квадратный сантиметр нашего тела ежесекундно проходит несколько миллиардов нейтрино, однако это не заметно и непонятно, какую роль играют в нашей жизни эти частицы. Но без нейтрино не существовало бы солнце и звёзды, не было бы окружающего мира и нас самих.

Масса нейтрино, определение массы нейтрино – это центральный вопрос физики. Физики выяснили, как взаимодействуют между собой элементарные частицы, как устроено сильное ядерное взаимодействие, слабое и электромагнитное. Что остаётся загадкой до сих пор, это как возникают массы у этих частиц. И чтобы понять это, исключительно важно знать массу нейтрино. Спектр масс фундаментальных частиц очень широк и физикам неясно, чем это обусловлено. Электрон примерно в 2000 раз, а нейтрино в 1 миллиард раз легче, чем протон.

Для понимания, как устроен этот мир, строятся гигантские суперколайдеры, например LHC в Швейцарии, с помощью которого учёные нашли частицу, называемую Бозон Хиггса. По мнению учёных, благодаря взаимодействию с Бозоном Хиггса и возникают массы у других частиц.

Исследованиями российских физиков установлено, что плотность нейтрино меньше, чем 10 % полной плотности вещества во Вселенной, т. е. 90 % вещества не нейтрино. Плотность же других известных частиц – протонов и нейтронов во Вселенной небольшая, меньше 5 %. Это означает, что более 85 % процентов вещества во Вселенной составляют неизвестные сегодня нам частицы, т. е. Вселенная состоит из чего-то совершенно неизвестного. Открытие этих неизвестных частиц, выяснение их свойств будоражит умы учёных всего мира.

На международной конференции «Нейтрино 98» в Японии 5 июня 1998 года на основании результатов эксперимента на детекторе «Супер-Камиоканде» японскими физиками было объявлено, что у нейтрино есть масса. Чтобы заметить крайне малую массу нейтрино, был построен этот детектор, стоимостью в 100 миллионов долларов. Он размещен в старой шахте по добыче цинка на глубине больше километра под горой Икена в Японских Альпах. Детектор, в виде огромного цилиндра, содержит 12.5 миллионов галлонов сверхчистой воды, окруженной тысячами специальных приборов-фотоумножителей, способных регистрировать свет. Возникает он, когда нейтрино летящие с огромной энергией, налетают на атомы воды и выбивают из них тоже весьма «энергичные» электроны, пронизывающие воду и испускающие излучение, регистрируемое фотоумножителями. В гигантском цилиндре за день наблюдается 5–6 нейтринных взаимодействий. Нейтрино прилетали как сверху так и из под земли, поскольку из-за слабости взаимодействия с веществом, толща нашей планеты для большинства частиц из потока нейтрино не преграда. Физики обнаружили превращение одного сорта нейтрино в другое, для потока снизу, а это возможно только если нейтрино имеет массу. Это открытие имеет беспрецедентное значение для физики и для космологии. Здесь следует сказать, что поиск массы нейтрино ведёт начало с гипотезы В. Паули и первая оценка её массы была сделана в 30-х годах, когда обнаружили тяжёлый изотоп водорода тритий с периодом полураспада 12 лет и малой энергией распада.

Для физиков тритий оказался аналогом дрозофилы в генетике, так как он обладает уникальными свойствами: малой энергией перехода, простотой получения, большой надёжностью при вычислении атомарных эффектов. При распаде радиоактивнного ядра энергия распада делится между новым ядром, электроном и нейтрино. Физики многих стран работают с тритием и создают всё более совершенные установки. Это известные эксперименты в Цюрихе, Лос-Аламосе, Токио, Троицке и Майнце.