Ирина Радунская - Проклятые вопросы

Рождение нейтринной астрономии началось в 1964 году, когда В. Дэвис и Дж. Бакал предложили создать огромную ловушку для поиска солнечных антинейтрино, основанную на хлор-аргонной реакции Понтекорво. Расчёты показали, что объём ловушки должен быть равен по крайней мере 378 500 литрам. (Дэвис исходил из круглой цифры

— 100 000 американских галлонов.) Потребовалось около четырёх лет для того, чтобы изготовить и собрать такую ловушку в скальной пещере на глубине более 1,5 километра и заполнить её четырёххлористым углеродом.

Первые результаты, опубликованные группой Дэвиса, удивили астрофизиков. Уровень обнаруженного потока нейтрино был (по крайней мере в 12 раз) ниже предсказанного общепризнанной теорией. Уверенность в точности и надёжности хлор-аргонного метода породила сомнение в том, что предложенная Бете схема ядерных реакций с участием ядер углерода, азота и кислорода, приводящих к превращению протонов в ядра гелия, правильно описывает процессы, ответственные за выделение энергии в глубинах Солнца. Следует иметь в виду, что нейтрино, порождаемые при вспышках сверхновых звёзд, могут лишь увеличить «сигнал» в ловушке Дэвиса, то есть лишь усилить сомнение учёных.

Оказавшись перед фактом значительного расхождения результатов эксперимента с общепризнанной теорией, учёные вспомнили, что в конце тридцатых годов Бете рассмотрел второй возможный вариант цепной термоядерной реакции, могущей быть источником энергии Солнца. В этом варианте цепочка реакций должна начинаться с объединения двух протонов в ядро дейтерия. Далее реакция может идти тремя путями с участием лёгкого изотопа гелия-3 или с участием изотопов лития, бериллия и бора. Наиболее вероятный вариант этой реакции должен был дать вдвое больше нейтрино, чем обнаружила ловушка Дэвиса. Десятилетние исследования группы Дэвиса не изменили, а лишь увеличили достоверность данных эксперимента.

Было предложено несколько объяснений расхождения между теорией и опытом.

Наиболее радикальная гипотеза была высказана Понтекорво в 1957–1958 годах, задолго до опытов Дэвиса. Суть этой гипотезы состояла в признании того, что нейтрино могут существовать в двух состояниях, при этом они постоянно переходят из одного состояния в другое и обратно. Такие осцилляции (колебания) возможны только в том случае, если масса покоя нейтрино отлична от нуля.

Понтекорво возвратился к этой гипотезе в середине шестидесятых годов, когда уже было известно о том, что, кроме электронных нейтрино, рождающихся вместе с электроном или позитроном, существуют другие нейтрино, рождающиеся при реакциях рождения мюонов. Учёные уже знали, что эти два типа нейтрино различны, и называли их «электронными нейтрино» и «мюонными нейтрино». В 1967 году Понтекорво, развивая свою гипотезу, предположил, что возможны превращения электронных нейтрино в мюонные и обратно. Он уверенно говорил о важности экспериментальной проверки существования осцилляции нейтрино в опытах с электронными нейтрино, рождающимися в атомных реакторах и в будущих опытах с солнечными нейтрино. Понтекорво предсказал, что осцилляция нейтрино может привести к уменьшению вдвое количества нейтрино, фиксируемых будущими опытами Дэвиса.

В следующем году гипотезой Понтекорво заинтересовался В. М. Грибов, член-корреспондент Академии наук СССР. Они вместе разработали количественную теорию взаимных превращений двух типов нейтрино. Теперь, когда количество известных типов нейтрино увеличилось до трёх, ожидаемый результат опытов Дэвиса следует уменьшить в шесть раз. Поэтому «загадка солнечных нейтрино» ещё не потеряла свою остроту. Её разрешение требует проведения новых исследований в области нейтринной астрономии. Для этой цели в Баксанском ущелье на Кавказе создана специальная нейтринная лаборатория, расположенная в туннеле, пробитом глубоко в скальные породы.

Понтекорво обращает внимание на то, что теория осцилляции нейтрино тесно связана с решением вопроса о массе нейтрино. Большинство современных физиков считает, что масса покоя нейтрино мала, но отлична от нуля. В этом случае осцилляции нейтрино являются реальными и могут быть обнаружены не только в космических лучах (солнечные нейтрино), но и в лабораториях, обладающих атомными реакторами. Исследование осцилляции солнечных нейтрино может внести существенный вклад в две важные проблемы: проблему массы нейтрино и в уточнение наших знаний о процессах, приводящих к выделению энергии в недрах Солнца.