Рэй Джаявардхана - Охотники за нейтрино. Захватывающая погоня за призрачной элементарной частицей

Существуют и довольно зыбкие идеи практического применения нейтрино. В частности, можно попытаться использовать их для связи на больших расстояниях – ведь эти частицы беспрепятственно проходят практически через что угодно. Можно представить себе, как мы посылаем нейтринный луч с закодированным сообщением из одной точки в другую прямо через земной шар. Радиосигналу в таком случае потребовалось пройти множество спутников – ретрансляторов либо его пришлось бы передавать по трансокеаническим кабелям, опутывающим весь земной шар. Другой ученый в том же духе предложил использовать пучки нейтрино для трансляции сообщений на подводные лодки, идущие на большой глубине. Однако, чтобы такая технология имела шансы на успех, луч нейтрино должен быть в миллион раз сильнее, чем пучки, применяемые в современных экспериментах. Принять такой сигнал на стороне получателя – также крайне нетривиальная задача.

Тем не менее группа физиков уже провела первые опыты по налаживанию нейтринной коммуникации. Физики сгенерировали в лаборатории Fermilab нейтринный луч и стали бомбардировать пучками частиц гигантский подземный детектор, расположенный примерно в километре от лаборатории. Команда записала слово «neutrino» в стандартном двоичном коде, который преобразует символы в последовательности нулей и единиц. Детектор-приемник успешно зарегистрировал это простое сообщение, хотя оно и прошло через километр сплошного камня. Частота сообщения составляла жалкие 0,1 бит в секунду, и на передачу восьми символов ушло более двух часов. Как написали исследователи, «полученный результат доказывает осуществимость такой передачи данных, но в то же время свидетельствует о необходимости значительной доработки нейтринных пучков и детекторов, чтобы их можно было использовать на практике». Иными словами, не стоит в ближайшем будущем ожидать появления нейтринных телефонов – тем более нейтринных мобильников.

Суровая реальность не смущает других ученых, продолжающих создавать еще более экзотические проекты. Один исследователь предложил связать финансовые центры в разных частях света, занятые высокочастотным трейдингом, при помощи закодированных нейтринных лучей, пронизывающих Землю насквозь, по кратчайшему пути. Такой способ связи позволит трейдерам выигрывать до нескольких десятков миллисекунд на каждой сделке. Джон Лирнид, а также его коллеги Сандип Пакваса из Гавайского университета и Энтони Зи из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре предлагают посылать нейтринные сигналы в космос для поиска внеземной жизни. Поскольку нейтрино летят через пространство, практически не встречая сопротивления, сторонники такого проекта считают, что эти частицы могли бы стать отличным средством связи между разумными цивилизациями.

Как ни увлекательны на первый взгляд некоторые из описанных технологий, охотников за нейтрино более всего интересуют чисто физические аспекты изучения нейтрино. Поскольку нейтрино определенно обладают ненулевой массой (что противоречит Стандартной модели), на горизонте нас ждет что-то новое. Как отмечает физик Борис Кайзер, сотрудник Fermilab, «физика ошибочна везде, где ее нельзя признать безошибочной». Он имеет в виду, что любая физическая теория применима только в той области, для которой эта теория формулировалась. «Стандартная модель отлично работает в сфере энергий, для которых она разрабатывалась, но может не соблюдаться при значительно более высоких энергиях», – поясняет он. Ситуация напоминает взаимосвязь между ньютоновской и эйнштейновской теорией тяготения. Кайзер отмечает: «Законы Ньютона отлично работают, если речь идет об отправке космического корабля на Луну. Но если вы хотите отправить зонд на другой конец Галактики, разогнав этот аппарат до 90 % скорости света, то вам придется опираться на теорию Эйнштейна». Аналогично у нас возникнет потребность заменить Стандартную модель более масштабной теорией, чтобы понять, какие процессы происходят при экстремальных условиях, подобных тем, что сложились сразу же после Большого взрыва.

Нейтрино не только обладают массой, но и проявляют еще ряд странных свойств. Данные, полученные в ходе эксперимента LSND (Жидкий сцинтилляторный детектор нейтрино), проводившегося в 1990-е гг. в Лос-Аламосе для изучения изменчивой природы нейтрино, свидетельствуют, что у нейтрино не три аромата, как считалось ранее, а четыре. Проект MiniBooNe («Малый усилительный эксперимент с нейтрино») также продемонстрировал признаки существования четвертого типа [44] Замечены аномалии и в галлиевых экспериментах, а также недостача в реакторных антинейтрино, которые возможно объяснить при добавлении нейтрино четвертого типа. – Прим. ред. . Если такие нейтрино действительно есть в природе, то они должны быть еще более неуловимы, чем нейтрино первых трех ароматов. Вероятно, эти частицы тяжелее, чем нейтрино трех других ароматов, и не поддаются слабому ядерному взаимодействию, поэтому мы не сможем наблюдать их напрямую. Такие «стерильные» нейтрино тем не менее будут оказывать на окружающую материю гравитационное воздействие.