Коллектив Авторов - Цифровой журнал «Компьютерра» № 37

- Я правильно поняла, что эксперименты на таких ускорителях недоступны большим ускорителям?

Да, безусловно. Физика разнообразна, и определенного типа наблюдения возможны только на таких установках. И это вообще основной принцип науки: нам неинтересно повторять измерения, сделанные другими, просто для того чтобы проверить их. Задача науки — искать неизвестное, выходить на грань между понятным и непонятным. Поэтому настоящий исследователь ищет новые возможности, ранее не использованные в научных исследованиях, чтобы получить дополнительные знания.

- Какие есть направления в физике высоких энергий?

Я бы выделил три основных. Первое направление — это Energy Frontier, то есть предельно высокие энергии, такие, как, например, на LHC. Второе — это установки с высокой интенсивностью, тоже коллайдеры, на которых исследуется специальный класс редких явлений при относительно низких энергиях. Отличительная характеристика таких установок — это предельно высокая интенсивность пучков и, следовательно, высокая частота столкновения частиц. И третье направление — это поиск неизвестных нам явлений и частиц, остаточно существующих в природе. Дело в том, что наша Вселенная возникла в результате Большого взрыва. Первое время жизни Вселенной материя существовала в совершенно других условиях. Тогда возникали совсем другие частицы и явления, которые сейчас мы наблюдать не можем. Для наблюдения остатков явлений, произошедших 14 миллиардов лет назад, строят специальные детекторы. Например, мы знаем, что масса наблюдаемого вещества во Вселенной много меньше, чем полная масса Вселенной. То есть во Вселенной есть нечто ненаблюдаемое стандартным способом, но имеющее заметную массу. Мы думаем, что это особые частицы, которые до сих пор не проявлялись в прямом эксперименте, и были порождены в процессе Взрыва, а сегодня остались в виде холодной темной материи. Физики пытаются найти косвенные свидетельства этих частиц. Что это значит? Например, Солнце и Земля движутся во Вселенной, и проходят через газ холодных частиц. Время от времени эти частицы сталкиваются с атомами вещества, за счет отдачи (очень редко) вылетают ядра. Столкновение частиц тяжелой холодной материи с ядерной материей может иметь проявления, например, в виде ионизации, звуковой волны в кристалле и т.д. Экспериментаторы создают детекторы, которые предназначены фиксировать такие слабые проявления.

Так вот, есть три стратегических направления, в которых движется наша наука. ИЯФ участвует во всех, но у себя мы строим установки высокой интенсивности для изучения редких явлений на относительно невысокой энергии; также мы участвуем в экспериментах в CERN на LHC, то есть в экспериментах с предельно доступными энергиями; и участвуем в создании низкофоновых детекторов большой массы для поиска темной матери. Эти же детекторы можно использовать и для изучения солнечных нейтрино.

- А разве природа солнечного нейтрино еще не ясна?

Да, ясна, но сама физика нейтрино очень бурно развивается последние 20 лет, мы получили массу новых знаний о том, как устроено само по себе нейтрино, и какие следствия это имеет для всей физики в целом. В частности, было открыто явление осцилляций нейтрино (переход одного типа нейтрино в другой). Это новый класс явлений, который активно исследуется во всем мире. Впервые об осцилляциях нейтрино задумались, когда был обнаружен дефицит потока нейтрино от Солнца. Как вообще наука может предсказать поток нейтрино от Солнца? Дело в том, что известна мощность излучения Солнца, мы знаем, что источником энергии для него являются ядерные реакции, поэтому мы можем установить, какое количество ядерных реакций происходит в Солнце в единицу времени. Так можно посчитать поток солнечных нейтрино и измерить его в прямом эксперименте. Раньше считалось, что поток нейтрино не может отличаться от расчетов, но были энтузиасты, которые захотели это проверить. Получилось, что этот поток в 2,5 раза меньше, чем в расчетах. Чем это можно объяснить? Может быть, мы не понимаем ядерные явления, которые происходят на Солнце, не понимаем условия, которые есть в его центре? Может быть Солнце устроено не так, как мы себе представляли? Но есть наука о Солнце, которая говорит, что мы не можем допустить такой большой ошибки, и надо искать в другом месте. Обнаружилось, что это связано с тем, что нейтрино обладают уникальной особенностью. Всего есть три типа нейтрино: электронное, мюонное и тау-нейтрино. В Солнце возникают электронные нейтрино, потому что там происходят ядерные реакции с участием электронов, позитронов, бета-распад. Кажется, что нейтрино должны долетать до нас и регистрироваться здесь как электронные нейтрино. Почему же в результате поток нейтрино становится по пути к Земле меньше? Оказалось, что у этих частиц есть небольшая масса, они частично превращаются в другие типы нейтрино. Такое наблюдение было сделано как раз в экспериментах при низких энергиях, и это дает нам абсолютно новое знание.