Це було одночасно добре й погано, оскільки не залишалося простору для пояснення будь-яких можливих розходжень зі спостереженнями. А 1967 року такі розбіжності начебто були. У високоенергетичних зіткненнях нейтрино з протонами не спостерігалося жодних нейтральних струмів, причому верхня межа була встановлена на рівні приблизно 10 % від частоти, спостережуваної у випадку більш знайомих зарядозмінюючих слабких взаємодій між нейтрино й протонами на кшталт нейтронного розпаду. Справи виглядали кепсько, і більшість фізиків вирішили, що слабких нейтральних струмів не існує.
Вайнберґ мав шкурний інтерес у цьому, і 1971 року він обґрунтовано доводив, що простір для маневру ще є. Проте переважна більшість інших членів спільноти його поглядів не поділяла.
На початку 1970-х років у Женеві, у Європейській організації з ядерних досліджень (ЦЕРН), було проведено нові експерименти з використанням тамтешнього протонного прискорювача, у якому високоенергетичні протони врізалися в довгу мішень. Більшість породжених у результаті зіткнення частинок поглиналися мішенню, проте нейтрино вилітали з її протилежного кінця, оскільки їхні взаємодії настільки слабкі, що вони здатні пройти крізь мішень непоглинутими. Далі одержаний високоенергетичний нейтринний пучок бив у розташований на його шляху детектор, здатний реєструвати кілька подій, у ході яких нейтрино могли взаємодіяти з матеріалом детектора.
Було збудовано новий велетенський детектор, названий «Ґарґамелла» на честь велетки, матері Ґарґантюа, персонажа творів французького письменника Рабле. Бульбашкова камера п’ять на два метри була наповнена перегрітою рідиною, у якій у результаті проходження крізь неї зарядженої частинки формувалися траси з бульбашок; це було схоже на спостереження інверсійного сліду літака, який летить настільки високо, що його самого не видно.
Що цікаво, коли 1968 року експериментатори, які збудували «Ґарґамеллу», зустрілися задля обговорення планів експериментів із нейтрино, ідея пошуку нейтральних струмів навіть не згадувалася – яскрава ознака того, як багато фізиків тоді вважали це питання закритим. Значно більше їх цікавила можливість піти стопами нещодавніх захопливих експериментів у Стенфордському центрі лінійного прискорювача (СЦЛП), де високоенергетичні електрони використовували як зонди для дослідження структури протонів. Використання зондів для протонів нейтрино могло дати чистіші результати вимірювань, адже нейтрино незаряджені.
Проте 1972 року, після публікації результатів ‘т Гофта та Велтмана, експериментатори почали серйозно ставитися до опису слабкої взаємодії за допомогою калібрувальної теорії, зокрема у варіанті Ґлешоу – Вайнберґа – Салама. Це означало пошук нейтральних струмів. У принципі в рамках колаборації «Ґарґамелла» це було можливо, хоча вона на це не була розрахована.
Більшість високоенергетичних нейтрино в пучку взаємодіятимуть із протонами в мішені, перетворюючись на мюони – важчих напарників електронів. Мюони виходитимуть із мішені, утворюючи довгий зарядженочастинковий трек аж до самого краю детектора. Протони перетворюватимуться на нейтрони, які самі по собі треків не утворюватимуть, проте стикатимуться з ядрами, породжуючи нетривалу зливу заряджених частинок, які залишать треки. Таким чином, експеримент було розроблено так, щоб зафіксувати мюонні треки й побічні зливи заряджених частинок, які виникатимуть як окремі сигнали тієї самої слабкої взаємодії.
Проте подеколи нейтрино взаємодіятиме з речовиною поза детектором, породжуючи нейтрон, який може відбитися назад у детектор і вступити у взаємодію там. Такі події складатимуться з однієї сильно взаємодійної зливи частинок, породжених зіткненням нейтрона, без супутнього мюонного треку.
Коли «Ґарґамелла» почала шукати події нейтрального струму, ці ізольовані зливи заряджених частинок без супутнього мюона стали просто сигналами, на яких мали зосередитися науковці. У рамках події нейтрального струму нейтрино, яке взаємодіє з нейтроном чи протоном у детекторі, не перетворюється на заряджений мюон, а просто відскакує та полишає детектор непоміченим. Спостережуваною буде лише віддача у вигляді ядерної зливи – така ж сигнатура, як у випадку більш звичних нейтринних взаємодій поза детектором, у яких зароджуються нейтрони, які відскакують назад у детектор та породжують ядерну зливу.
Таким чином, якщо завданням експерименту було впевнене засікання подій нейтрального струму, основною складністю було відрізнити події, спричинені нейтрино, від подій, спричинених нейтронами (ця сама проблема становила основну складність для експериментаторів, які шукали які-небудь слабко взаємодійні частинки, зокрема гіпотетичні частинки темної матерії, які нині розшукують у підземних детекторах по всьому світу).
Читать дальше