Нейтрино

В 1930-31гг. Вольфганг Паули, анализируя энергетические спектры атомных распадов, обнаружил отклонения от закона сохранения энергии. Он предположил, что часть энергии уносится нейтральной элементарной частицей, практически не имеющей массы. В 1934г. Энрико Ферми назвал ее нейтрино (нейтрончик). Первые сообщения об экспериментальном открытии нейтрино появились в 1942, а окончательное признание пришло в середине пятидесятых годов после экспериментальных исследований Фреда Райнса и Клайда Коуэна. В настоящее время известно три типа нейтрино и антинейтрино: электронные n_e, n_e, мюнные n_μ, n_μ и τay-нейтрино n_τ, n_τ. Теория предсказывает существование четвертого типа так называемых стерильных нейтрино.

Нейтрино обладают чрезвычайно высокой проникающей способностью, поэтому их очень трудно регистрировать. Нейтрино может пройти расстояние ~ 100 световых лет в веществе с плотностью воды, не взаимодействуя с ним. Они возникают в результате вполне определенных ядерных реакций. По некоторым оценкам нейтрино во Вселенной не меньше, чем фотонов. Так мощный поток нейтрино испускает Солнце. Расчет в рамках Стандартной модели дает 1,8×10³⁸ нейтрино/с. Однако, измерения дают ~ 0,6×10³⁸ нейтритно/с.

Такие расхождения можно объяснить следующими причинами:

- на Солнце идут процессы, не отвечающие Стандартной модели;

- нейтрино на своем пути испытывают распад или периодические превращения из одного типа нейтрино в другой (так называемые осцилляции)

Основоположником физики нейтрино высоких энергий был акад. Бруно Понтекорво.

В Японии построен детектор нейтрино “Суперкамиаканде” - емкость высотой 40м и диаметром 39м, заполненная дистиллированной водой и установленная в шахте, глубиной ~ 1км. Нейтрино, реагируя с веществом, порождают ливни вторичных частиц высоких энергий, вызывающих черенковское свечение, которое регистрируется 13 тыс. фотодетекторов. За 450 дней непрерывной работы детектора было зарегистрировано и обработано на ЭВМ 47 тысяч следов. Оказалось, что число нейтрино, которые пронизывают Землю, почти в два раза отличается от числа нейтрино, приходящих из атмосферы (рис. 11).

N

75

50

25

-1 0 +1 cos q

Рис. 11

Результаты измерений количества N нейтрино, прилетевших из атмосферы (cos q = 1) и прошедших сквозь Землю (cos q = -1)

- экспериментальные данные;

- теоретический расчет.

На пути примерно в 13 тыс.км. сквозь толщину Земли часть электронных и мюонных нейтрино превращается в нейтрино другого типа, возможно, стерильные, что можно объяснить только наличием у нейтрино массы. Этот факт, по-видимому, позволит разрешить загадку скрытой массы Вселенной. Дело в том, что массы галактик, вычисленные по светимости звезд, оказались в несколько раз меньше масс, измеренных по гравитационному взаимодействию. Может оказаться, что тяжелые нейтрино составляют до 96% массы всей Вселенной.