Все о нейтрино

Среди «особенно важных и интересных» физических проблем конца XX века академик В. Л. Гинзбург большое внимание уделил вопросам, связанным с таинственной частицей — нейтрино (см. «Наука и жизнь» №№ 11, 12, 1999 г.). Частица эта была открыта «на кончике пера», можно сказать, от отчаяния, чтобы спасти закон сохранения энергии (а ведь даже Нильс Бор готов был признать, что законы сохранения в микромире могут не выполняться). Нейтрино обладает столь странными свойствами, что долгое время сомневались: можно ли в принципе эту частицу обнаружить? Однако не прошло и полувека, как были обнаружены нейтрино нескольких типов (или, как говорят физики, «ароматов») и даже возникла нейтринная астрономия.

Солнце светит и греет за счет реакции слияния протонов в ядро дейтерия с испусканием позитрона и нейтрино. В ходе каждого акта реакции выделяется 2,2 МэВ энергии в виде излучения. Долгое время считалось, что атомное ядро распадается на две части: дочернее ядро и электрон. В этом случае в каждом акте распада электрон должен уносить вполне определенную энергию, пропорциональную его массе. Нильс Бор был уже готов признать за элементарными частицами «право» нарушать законы сохранения. Спасая законы сохранения, Вольфганг Паули предположил, что недостающую энергию уносит частица, которую нельзя обнаружить в принципе, хотя и считал, что этим самым «сделал что-то ужасное». В одном кубическом сантиметре вещества содержится примерно 10<sup>23</sup> атомов. ‹

Прежде чем начать разговор о нейтрино, следует сразу же поставить «неизбежные» вопросы. К примеру, если эта частица, как говорят, пролетает сквозь миллиардокилометровые толщи вещества (плотного урана, свинца, ртути или чего хотите), не вызвав никаких изменений ни в собственном состоянии, ни в веществе, то есть не испытав ни одного взаимодействия с веществом, то существует ли нейтрино или это плод фантазии теоретиков, вроде теплорода или эфира? Осязал ли кто-нибудь столь бестелесную материю? Есть ли нейтрино где-нибудь во Вселенной и в каком количестве? Кому (и чему) оно служит?

Все эти вопросы и масса им подобных — правильны, и они требуют ответа. И мы постараемся удовлетворить и любопытствующих, и скептиков, извинившись за то, что иногда придется уточнить смысл вопроса, упростить ответ или привлечь аналогию. Ведь точный ответ — когда профессиональные физики его уже имеют — содержится в довольно сложных уравнениях теории и объяснении результатов не менее сложных экспериментов.

Чтобы не плести интриги (нейтринный сюжет и без того — лихо закрученная история), начнем с ответа на самый едкий вопрос: есть ли такая частица — НЕЙТРИНО? Для физиков ответ однозначен — безусловно есть! Нейтрино вступает во взаимодействие со всеми давно известными частицами — атомными ядрами, протонами, электронами. И хотя интенсивность этого взаимодействия крайне мала (не зря оно названо «слабым»), его результат — продукты взаимодействия — «видят» созданные для этого приборы, детекторы элементарных частиц. Более того, они различают несколько видов нейтрино: те, что рождаются или гибнут (поглощаются) только вместе с позитроном, — электронные нейтрино vе, вместе с положительным мюоном — мюонное нейтрино vμ , а вместе с положительным тау-мезоном (таоном) — таонное нейтрино vτ. Существуют и три антинейтрино, спутники этих частиц. Поразительно это изобилие: ведь у нейтрино, как заметил Воланд совсем по другому поводу, «чего ни хватишься — ничего нет». Нет электрического заряда, вероятней всего, нет магнитных свойств (магнитного момента), нейтрино, похоже, стабильно (т. е. не распадается на другие элементарные частицы). Возможно, оно не обладает и массой — во всяком случае, экспериментаторы пока с достаточной надежностью не обнаружили ее проявления. Точно установлено, что любой вид нейтрино обладает собственным угловым моментом — спином. Но по величине он одинаков для всех видов нейтрино и такой же, как у протона или любого лептона, — 1/2h (постоянной Планка). Нейтрино всех видов взаимодействуют с веществом с одинаковой интенсивностью (универсально). Кажется, что вся индивидуальность только в названии, обусловленном родством с заряженным лептоном. Эти имена — электронное, мюонное, таонное — физики объединяют словом «ароматы», словно напоминая о том, что уловить различия могут только обладатели хорошего нюха.

Тем не менее сомнений в существовании нейтрино нет.

Много ли этих частиц?

Все видимое (то есть излучающее фотоны) вещество Вселенной состоит из нуклонов — протонов и нейтронов. Протоны представлены ядрами водорода, а нейтроны упакованы в легкие ядра — дейтерий и гелий. Другие элементы есть в лишь в малом количестве. Вещество собрано в звезды, звезды образуют галактики, галактики — скопления и сверхскопления галактик, расстояния между которыми гораздо больше их размеров. Но если все это вещество и межгалактическую пыль равномерно размешать, как газ, по всему объему Вселенной, то на каждый кубический метр пространства придется по одному протону. Столько же и электронов — ведь в целом наш мир электрически нейтрален.

Если подсчитать, к какой электрической силе отталкивания Земли от Солнца привел бы ничтожно малый относительный избыток положительного или отрицательного заряда, равный хотя бы 10-15, то ответ будет таков: кулоновская сила больше гравитационной в сто тысяч раз. Как бы выглядела Солнечная система?!!

Замечательное открытие реликтового излучения доказало, что Вселенная еще заполнена и квантами света — фотонами, число которых около 500 в каждом кубическом сантиметре Вселенной, в миллиарды раз больше, чем протонов. Мир заполнен светом!

А если справедлива теория горячей Вселенной с Большим взрывом в начале эволюции, то кроме реликтовых фотонов, родившихся в первую секунду жизни Вселенной и ставших свободными сто тысяч лет спустя, в каждом кубическом сантиметре пространства находятся и около 500 штук реликтовых нейтрино. Это действительно реликты, потому что достались нам от той же первой секунды. Мир не только «светел», но и «нейтринен».

И, наконец, о вопросе — зачем НАМ эти частицы?

Вопрос скорее мировоззренческий, но если он имеет научный смысл, то ответ давно готов. Жизнь на Земле существует за счет энергии Солнца. Солнце вырабатывает ее за счет цепочки превращения четырех протонов (почти 2·1030 кг массы Солнца — водород, т.е. протоны) в прочное ядро гелия. И первая необходимая реакция этой термоядерной цепочки — слияние двух протонов с образованием ядра дейтерия — возможна только с рождением нейтрино: р + p→D + е+ + ν.

Так что вряд ли можно жить в безнейтринном мире.

Кто его видел?

История поимки нейтрино развивалась по классическим канонам детектива: есть «преступление» — пропала энергия (и еще кое-что), есть расследователи (очень знаменитые), есть версии (очень увлекательные), есть косвенные улики и портрет подозреваемого (почти мистический), есть, наконец, драматическая погоня…

В конце XIX века Анри Беккерель обнаружил неизвестное излучение урана — самого тяжелого по тем временам элемента. Несколько позже стало ясно, что оно состоит из трех видов, разительно не похожих друг на друга и названных Α, Β- и Γ-лучами. Наша новелла будет связана с Β- излучением.

В открытии А. Беккереля одновременно проявились все три вида взаимодействий, пружины микромира, определяющие его интригу: Α-распад — сильное, Β -распад — слабое и Γ -распад — электромагнитное взаимодействия. Мать-Природа, размышляя о подарке человечеству к новому столетию (почему-то она употребляет счет от Рождества Христова), была максимально щедра и подарила для умственной работы сразу все ключи от кладовых с источниками неживого и живого вещества. За этот век физики честно отработали подарок — узнали о всех взаимодействиях очень много. Для того чтобы понять, КАК они действуют, пришлось построить мощные ускорители и огромные детекторы элементарных частиц. Труднее всего достаются законы слабого взаимодействия. Будто Природа дразнит свое высшее создание: «Что, слабо?»

К 1930 году уже было обнаружено много ядер, способных самопроизвольно превращаться в близкие им по массе с излучением электрона, которым оказалась Β -частица Беккереля. Тогда еще и структура ядра «не была» протонно-нейтронной (не был открыт нейтрон), и процесс Β-распада в символах записывался так:

Яp(mp)→Яд(mд) + e-

Это означает, что процесс превращения родительского ядра Яр с массой mр в дочернее ядро Яд с массой mд сопровождается излучением электрона (хотя обычно употребляемое слово «распад» как бы подразумевает то, что дочернее ядро и электрон до распада содержались в родительском ядре; на самом деле ничего подобного нет: все дочерние частицы родились в процессе превращения). Физики не знали, почему распадается ядро, какие силы вынуждают к этому? Природа Β -распада предоставляла поле исследования. Покоя не давал другой, казалось бы, более простой вопрос: КАК вообще (независимо от причин) природа допускает такой распад? Ведь измерение энергии вылетающих электронов показывало, что от распада к распаду величина этой энергии принимала различные значения, а незыблемые законы сохранения энергии и импульса предписывали иное: сколько бы распадов ядер определенного типа (никто не сомневался, что они все одинаковые) ни наблюдать, каждый раз энергия электронов должна быть одной и той же. Увидеть в процессе Яp(mp)→Яд(mд) + e- с изменяющейся от распада к распаду энергией электрона противоречие закону сохранения энергии-импульса несложно. Надо лишь применить к распаду эти законы, помня о том, что элементарные частицы подчиняются механике теории относительности:

1. Полная энергия свободной движущейся частицы Е равна сумме энергии этой частицы в покое Ео (по Эйнштейну, она полностью определяется массой частицы m и скоростью света в вакууме с: Ео = mс2) и кинетической энергии движения Т: Е = mс2 + Т.

Для энергии и импульса частицы р в любой момент времени и в любой системе отсчета выполняется равенство Е2 — (рс)2 = (mс2)2.

Измеряя Е и р частицы в разных системах, мы обнаружим в системе «1» — Е1 и р1, в системе «2» — Е2 и р2, но разность квадратов всегда будет одна и та же. Это равенство, по существу, и есть определение массы частицы.

Вспомним законы сохранения энергии и импульса: «Каким бы ни было взаимодействие, суммарная энергия всех частиц ДО столкновения (или распада) равна суммарной энергии всех частиц, образовавшихся ПОСЛЕ столкновения (или распада). То же самое справедливо для суммарного импульса» (арифметические расчеты приведены на стр. 30). Из этого закона следуют три важных вывода.

1. Распад происходит только в том случае, если масса родительской частицы не меньше суммы масс продуктов распада. В случае «больше» продукты распада получат кинетическую энергию за счет энергии покоя (массы) родительской частицы.

2. Суммарная кинетическая энергия двух частиц постоянна, но при распределении этой энергии между двумя частицами почти вся кинетическая энергия достанется электрону, который в тысячи раз легче любого из ядер.

Долгое время считалось, что атомное ядро распадается на две части: дочернее ядро и электрон. В этом случае в каждом акте распада электрон должен уносить вполне определенную энергию, пропорциональную его массе. Электронный спектр такого распада (кривая, характеризующая число электронов данной энергии) должен выглядеть как «палка» (энергия всех электронов одинакова), несколько размытая из-за тонких квантовых эффектов и неточности измерительной аппаратуры (а).

На практике, однако, оказалось, что спектр имеет размытую колоколообразную форму (б). Электроны имеют разную энергию, причем значительно меньшую, чем ожидалось. Это противоречило законам сохранения энергии и импульса и повергло исследователей в шок.

3. Если законы сохранения энергии и импульса выполняются в каждом акте распада на две частицы (для трех и более дочерних частиц это не так!), то и полные и кинетические энергии дочерних частиц не могут быть какими угодно. Они определяются только постоянными массами, и данное положение для нашего расследования наиболее важно. Сколько бы распадов ядер Яр мы ни наблюдали, в каждом из них и дочернее ядро, и электрон унесут одни и те же энергии. Конечно, в реальном опыте измеренные от распада к распаду энергии электронов должны отличаться в пределах ошибки измерения, но это совсем другой (иногда очень драматический, но другой) сюжет.

Измерение электронной энергии в большом числе распадов одинаковых ядер обнаружило совсем не то, что ожидали увидеть физики. Электронный спектр Β -распада (относительное число электронов с данной энергией) заполнил сплошь ВСЮ область энергий от нуля до максимально возможной энергии mс2 и выглядел как плавная кривая с максимумом вместо ожидаемого для двухчастичного распада острого пика. Энергия электронов во всех случаях была меньше, чем предписано законами сохранения. Теперь, если не вступать в противоречие с логикой (а чему еще прикажете подчиняться физику?), приходилось признать, что либо над Β-распадом законы сохранения не властны, либо в процессе распада энергия, грубо говоря, украдена. Именно украдена, потому что, если энергию, законно принадлежавшую электрону в двухчастичном распаде (еще раз напомним, что дочернее ядро не уносит заметной энергии), унесла какая-то дополнительная частица (или несколько частиц), она сделала это нелегально. Потому что все попытки обнаружить среди продуктов Β-распада следы чего-либо, кроме дочернего ядра и электрона, дали отрицательный результат. В природе происходило то, что не должно происходить, если верить в строгое соблюдение законов сохранения энергии и импульса.

Законы сохранения энергии и импульса были открыты на основе анализа измерений этих величин для тел, участвующих в различных (механических, тепловых, электрических) процессах. Но теперь мы понимаем, что эти законы — всего лишь следствие более глубоких свойств симметрии пространства и времени. В 1918 году Эмми Неттер, немецкий математик, доказала, что, если время однородно, энергия замкнутой системы с неизбежностью будет оставаться неизменной, то есть и миллиарды лет назад, и сейчас, и в будущем интенсивности взаимодействия не меняются: например, два заряда всегда отталкиваются с одинаковой силой. Импульс системы неизбежно сохраняется постоянным, если однородно пространство, то есть интенсивность взаимодействия не зависит от того, где находится система: и в Солнечной системе, и в окрестности Бетельгейзе созвездия Ориона притяжение двух тел определяется одной и той же гравитационной постоянной. Более того, из теоремы Неттер следует, что всякой симметрии (равноправию) в уравнениях, описывающих взаимодействие, обязательно соответствует некоторая сохраняющаяся физическая величина. Не так ли и в обществе людей: в равноправных (демократических) обществах существуют незыблемые законы, сохраняющие ценности общежития, а в недемократических — что позволено одним, то порой запрещено другим.

Правда, оставалась надежда уладить проблему непрерывного спектра и без детективщины. Ведь каждому известно, что пропавшая вещь необязательно украдена. Вот и электрон мог при рассеянии на веществе просто потерять всю или долю приобретенной в распаде энергии по дороге к прибору, который ее измеряет. Проверка версии «рассеянного электрона» быстро установила, что, к сожалению, никакого алиби для Β-распада нет и версия «потери» отпадает. Конечно, кое-какие потери энергии есть, но не такие значительные, чтобы превратить «иглообразный пик» в «широкий холм».

В наблюдаемой картине Β-распада была и вторая большая неприятность — с законом сохранения углового момента. Например, в Β -распаде 14С → 14N + e- собственные угловые моменты — спины родительского и дочернего ядер равны нулю, а спин электрона равен 1/2. Как ни складывай (а складывать моменты надо умело — ведь это квантовые векторы), — 1/2 оказывается лишней.

Расследование по «делу о Β-распаде» вели знаменитейшие физики, и направление поисков определялось их мировоззрением, то есть представлением о том, как устроен мир. Великий Нильс Бор наилучший выход видел в признании за микромиром права нарушать законы сохранения энергии и импульса в каждом отдельном акте столкновения или распада элементарных частиц. При этом он полагал, что известные для механики макромира законы сохранения устанавливаются только в результате суммирования импульсов и энергий по огромному числу элементарных процессов в макроскопическом объекте.

Много было и других смелых идей, но единственно правильную выдвинул швейцарец Вольфганг Паули.

В конце 1930 года на конференции физиков в Тюбингенском университете огласили письмо Паули от 4 декабря. Оно было адресовано Гансу Гейгеру и Лизе Мейтнер, но предназначено для всех участников:

«Дорогие радиоактивные дамы и господа. Я прошу Вас выслушать со вниманием в наиболее удобный момент посланца, доставившего это письмо. Он расскажет Вам, что я нашел отличное средство для закона сохранения и правильной статистики. Оно заключается в возможности существования электрически нейтральных частиц… Непрерывность Β-спектра станет понятной, если предположить, что при Β-распаде вместе с каждым электроном испускается такой «нейтрон», причем сумма энергий «нейтрона» и электрона постоянна…»

Письмо заканчивалось так:

«Не рисковать — не победить. Тяжесть положения при рассмотрении непрерывного Β-спектра становится особенно яркой после слов проф. Дебая, сказанных мне с сожалением: «Ох, лучше не думать обо всем этом… как о новых налогах». Следовательно, необходимо серьезно обсудить каждый (подчеркнуто мной. — В. Н.) путь к спасению. Итак, уважаемый радиоактивный народ, подвергните это испытанию и судите».

Может быть, приведенный здесь текст письма и недостаточно точен из-за двойного (немецко-англо-русского) перевода. Но за шутливым словесным нарядом мы безошибочно различаем тревожный звук, ощущаем какую-то драму: «… и судите». Казалось бы, найдена прекрасная идея. Впору на весь ученый мир победно повторить знаменитое архимедово — «Эврика!» Но Паули чувствует, что, оберегая один важнейший принцип, он нарушает другой: «Entia non sunt multiplicianda praeter necessitatem» («Сущности не следует умножать без необходимости» — эта философская максима сформулирована в XIV веке Уильямом Оккамом). Бритва Оккама — инструмент нравственного запрета, и подать пример его нарушения означало бы открыть дорогу околонаучным шакалам, которым «все дозволено».

Известно, что Паули с горечью (уже не шуточной) говорил после оглашения своей идеи: «Я сделал сегодня что-то ужасное. Физику-теоретику никогда не следует делать ничего подобного. Я предложил нечто, что никогда не будет проверено экспериментально».

Только в 1933 году Паули подвел итог своим размышлениям. 22 октября на самом представительном собрании физиков всего мира — Сольвеевском конгрессе он говорил: «…Я предложил следующую интерпретацию Β-распада: законы сохранения имеют силу; эмиссия -частицы происходит вместе с испусканием чрезвычайно проникающих нейтральных частиц, которые еще не наблюдались… Естественно, мы предполагаем не только сохранение энергии, но и сохранение импульса и углового момента… во всех элементарных процессах». (В основе мировоззрения и физической интуиции Вольфганга Паули лежит вера в безусловное действие законов сохранения в каждом элементарном акте. Для гениальной интуиции Нильса Бора — создателя квантовой механики — «роднее» оказалась возможность нарушения этих законов.)

Между 1930 и 1933 годами в науке о Β-распаде произошли важнейшие события. В 1942 году Джеймс Чэдвик экспериментально открыл «настоящий» нейтрон. Почти сразу же была выдвинута (Дмитрием Иваненко), развита (Вернером Гейзенбергом) и стала общепризнанной теория протон-нейтронной структуры ядра. Теперь, следуя гипотезе Паули, процесс ядерного Β-распада можно представить как распад одного из нейтронов ядра (если, конечно, масса ядра достаточна) на три частицы:

n→p + e- + ν

Такой распад свободного нейтрона обязан происходить и происходит, поскольку не запрещен никакими известными законами сохранения: сохраняется электрический заряд, сохраняются энергия и импульс (спектр электронов для трехчастичного распада нейтрона удивительно похож на известный из эксперимента), сохраняется и угловой момент, так как из трех векторных спинов дочерних частиц, равных 1/2, можно «сложить» 1/2 для родительского нейтрона.

Паули достаточно ясно представил коллегам и портрет неуловимого похитителя энергии. В сольвеевском докладе он говорил: «Что касается свойств этих нейтральных частиц, то, во-первых, из атомных весов мы заключаем, что массы нейтральных частиц не могут быть существенно больше массы электрона. Для того чтобы отличить их от тяжелого нейтрона, Энрико Ферми предложил имя «нейтрино» («нейтрончик». — В. Н.). Возможно, присущая нейтрино масса равна нулю, так что, подобно фотону, оно распространяется со скоростью света. Тем не менее проникающая способность нейтрино должна быть много больше проникающей способности фотона с той же энергией. Мне кажется допустимым, что нейтрино обладает спином 1/2…, хотя эксперимент и не дает прямых доказательств этой гипотезы».

В одном кубическом сантиметре вещества содержится примерно 1023 атомов. Радиус ядра около 10-12 см, а площадь поперечного сечения — 10-24 см2. Суммарная площадь всех ядер, разложенных на плоскости, 0,1 см2, 1/10 площади. А эффективное сечение взаимодействия нейтрино с веществом в миллиард (10-9) раз меньше. На рисунке эту площадь воспроизвести невозможно: для этого пришлось бы разделить каждую сторону квадратика более чем на 10 000 отрезков.

Можно ли добыть прямые доказательства?

Паули представил внушительную папку с косвенными доказательствами для трехчастичной версии сценария -распада с участием невидимого нейтрино. Энрико Ферми был настолько убежден в реальности своего «крестника», что в 1934 году опубликовал теорию -распада — первую замечательную модель слабых взаимодействий. Эта теория позволяла вычислить вероятность взаимодействия нейтрино с протоном. Как и ожидал Паули, эта вероятность оказалась невероятно мала. Чтобы представить себе эту малость, лучше всего воспользоваться формулами.

Возьмем пучок нейтрино и направим его на большую мишень, которая обычно содержит приблизительно 1023 ядер (маленьких мишенек) в кубическом сантиметре. Ядра имеют радиус около 10-12 см и, следовательно, площадь поперечного сечения около 10-24 см2. Общая площадь всех ядер составит около 0,1 см2. Значит, если собрать все мишеньки на одну плоскость размером 1 см2, они займут одну десятую часть ее площади.

Нейтрино очень слабо взаимодействуют с веществом. Только пройдя сквозь слой свинца такое же расстояние, как от Солнца до центра нашей Галактики, пучок нейтрино наверняка прореагирует целиком.

Если в привычном нам мире пуля попадет в стеклянный шарик, можно не сомневаться, что от него останутся осколки. Будь налетающие на мишень нейтрино классическими пулями, а ядра-мишеньки стеклянными шариками, вероятность разбить одно из ядер (или отскочить от слишком «твердого ядра») была бы 1/10. Для взаимодействия элементарных частиц предписаны квантовые вероятностные законы: частица может «проскочить сквозь» частицу без последствий. Но физики для характеристики вероятности рассеяния или поглощения элементарных частиц приняли по аналогии со светом модель «черной» мишеньки: черная мишень свет поглощает полностью, серая — частично. Реальную серую мишень можно представить себе как прозрачную, но с черным кружком такой площади, чтобы общее поглощение пучка было таким же, как у серой. Площадь черной мишени называют эффективной площадью мишени реальной.

Теперь посчитаем вероятность взаимодействия.

Пусть пучок, содержащий No частиц (например, наших нейтрино), налетает на мишень с плотностью n ядер на 1 см3 и длиной вдоль направления пучка L см. Предположим, что N частиц из пучка испытают взаимодействие в мишени. Формулу для N легко получить, зная характеристику интенсивности взаимодействия налетающей частицы с ядрами мишени и начала дифференциального исчисления (для начинающих физиков лучше всего подойдет книга академика Я. Б. Зельдовича «Высшая математика для начинающих»):

N = No(1 — e-σ nL).

При значении σ nL o σnL. Отношение числа провзаимодействовавших частиц к числу падающих на мишень частиц есть вероятность взаимодействия ω= σnL.

Символом обозначают величину, называемую «эффективное сечение взаимодействия» и характеризующую интенсивность этого взаимодействия. Она измеряется в квадратных сантиметрах, как площадь. Это и есть та самая эффективная площадь, которая составляет лишь долю от геометрического размера ядра. (Заметим, что величинаσn есть полное эффективное сечение, приходящееся на один сантиметр длины мишени, a nL — на всю длину.)

Каково же эффективное сечение по сравнению с геометрическим? Вот тут-то во всю силу дает о себе знать интенсивность различных взаимодействий: для сильного (например, для рассеяния протона на протоне или нейтроне) — по порядку величины приблизительно соответствует геометрическому сечению, то есть составляет около 10-24 см2. А для слабого взаимодействия σ≈ 10-43 см2! Если перевести это в эффективный радиус «черного кружка», то получится величина в миллиард раз меньшая геометрического радиуса ядра.

Какова же должна быть длина мишени, чтобы нейтрино поглотилось в ней с вероятностью, близкой к единице? Подставив числа в формулу для вероятности (для свинца n≈22 ядер/см3), получим L≈22 см = 1015 км.

С какой подходящей длиной ее можно сравнить? Расстояние от Земли до Солнца 150 000 000 (108) км явно мало. Подойдет длина пути от Солнца до центра нашей Галактики — около 1016 км. Вооружившись формулой для вероятности, можно вычислить интенсивность пучка No, которая потребуется экспериментатору, чтобы поставить опыт по поимке хотя бы одного нейтрино. Для детектора длиной около 100 м (соорудить в земной лаборатории нечто большее трудно) получим No≈18. Это число можно уменьшить, если увеличить площадь детектора и пучка до «разумной» величины — 10 м2. Но и тогда потребуется нейтринный источник огромной силы — 1013. А ведь для надежного результата надо поймать хотя бы несколько сотен частиц.

Именно эту трудность как непреодолимую представлял себе чистый теоретик Паули, когда заключил пари на бутылку шампанского со своим приятелем, известным астрономом В. Бааде, утверждая, что «при нашей жизни нейтрино не будет экспериментально наблюдено». Интенсивность накопленных источников Β-распада, которые могли бы давать пучки нейтрино, была в миллиарды раз меньше требуемой. (Окончание следует.)

Нейтрино

У этого термина существуют и другие значения, см. Нейтрино (значения).

Нейтрино (ν)

Состав

фундаментальная частица

Семья

Фермионы

Группа

Лептоны

Поколение

ν
e
ν
μ
ν
τ

Участвует во взаимодействиях

Слабое,
гравитационное

Античастица

Антинейтрино

Кол-во типов

6 (электронное нейтрино
мюонное нейтрино
тау-нейтрино и их античастицы)

Масса

меньше 0,28 эВ, но не нулевая у всех ароматов (ν
e, ν
μ, ν
τ)

Время жизни

Стабильны или > 7⋅109 с ×(mν/1 эВ)−1

Квантовые числа

Электрический заряд

Цветной заряд

Барионное число

B−L

−1

Спин

½ ħ

Слабый гиперзаряд

−1

Нейтри́но (итал. neutrino — нейтрончик, уменьшительное от neutrone — нейтрон) — общее название шести нейтральных фундаментальных частиц с полуцелым спином, участвующих только в слабом и гравитационном взаимодействиях и относящихся к классу лептонов.

Нейтрино малой энергии чрезвычайно слабо взаимодействуют с веществом, и поэтому имеет колоссальную длину пробега в самых разных веществах: так, нейтрино с энергией порядка 3—10 МэВ имеют в воде длину свободного пробега порядка 1018 м (около ста св. лет), а практически все типы звёзд прозрачны для нейтрино. Каждую секунду через площадку на Земле площадью в 1 см² проходит около 6⋅1010 нейтрино, испущенных Солнцем, однако их влияние на вещество практически никак не ощущается. В то же время нейтрино высоких энергий успешно обнаруживаются по их взаимодействию с мишенями.

Такааки Кадзита и Артур Макдональд получили Нобелевскую премию по физике 2015 года «за открытие нейтринных осцилляций, показывающих, что нейтрино имеют массу».

Свойства нейтрино

Каждому заряженному лептону соответствует своя пара нейтрино/антинейтрино:

  • электронное нейтрино/электронное антинейтрино;
  • мюонное нейтрино/мюонное антинейтрино
  • тау-нейтрино/анти-тау-нейтрино

Различные виды нейтрино могут преобразовываться друг в друга — это так называемые нейтринные осцилляции; считается, что это происходит из-за того, что нейтрино обладают ненулевой массой.

В экспериментах с рождением ультрарелятивистских частиц, показано, что нейтрино обладают отрицательной спиральностью, а антинейтрино — положительной.

Существуют теоретические предпосылки, предсказывающие существование четвёртого типа нейтрино — стерильного нейтрино. Однозначного экспериментального подтверждения их существования (например в проектах MiniBooNE (англ.), LSND (англ.)) пока нет.

Неизвестно, является ли нейтрино античастицей самой себе (см. майорановский фермион).

Неизвестно, нарушается ли CP-инвариантность при нейтринных осцилляциях.

Масса

Нейтрино имеют ненулевую массу, но эта масса крайне мала. Верхняя экспериментальная оценка суммы масс всех типов нейтрино составляет всего 0,28 эВ. Разница квадратов масс нейтрино разных поколений, полученная из осцилляционных экспериментов, не превышает 2,7⋅10−3 эВ².

Информация о точном значении массы нейтрино важна для объяснения феномена скрытой массы в космологии, так как, несмотря на её малость, возможно, концентрация нейтрино во Вселенной достаточно высока, чтобы существенно повлиять на среднюю плотность.

Теория двухкомпонентного нейтрино

В теории двухкомпонентного нейтрино, оно описывается двухкомпонентными волновыми функциями, представляющими собой решение уравнения Дирака для частиц с нулевой массой. Теория была предложена Ландау Ли и Янгом, Саламом. Согласно этой теории, нейтрино описывается уравнением: i ∂ ψ ν / ∂ t = ( σ ⋅ p ) ψ ν {\displaystyle i\partial \psi _{\nu }/\partial t=\left(\mathbf {\sigma } \cdot \mathbf {p} \right)\psi _{\nu }} . Это двухкомпонентное уравнение получаемое из уравнения Дирака при условии сохранения комбинированной чётности. Здесь p {\displaystyle \mathbf {p} } обозначает оператор импульса, σ {\displaystyle \mathbf {\sigma } } — вектор из матриц Паули. Собственными значениями этого уравнения являются значения E = σ p | p | , {\displaystyle E=\sigma _{p}|{\textbf {p}}|,} где σ p = ( σ ⋅ p ) / | p | {\displaystyle \sigma _{p}=(\sigma \cdot {\textbf {p}})/|{\textbf {p}}|} . Им соответствуют волновые функции нейтрино, для которых спин совпадает с импульсом и антинейтрино (при отрицательной энергии) с импульсом противоположеным спину. Величина проекции спина на импульс называется спиральностью нейтрино. При заданном импульсе нейтрино может находиться в двух состояниях, соответствующих частице и античастице. В этих состояниях направления спина относительно импульса противоположны.

История открытия

Одно из первых наблюдений взаимодействия нейтрино в пузырьковой камере

Одной из основных проблем в ядерной физике 20-30-х годов XX века была проблема бета-распада: спектр электронов, образующихся при β-распаде, измеренный английским физиком Джеймсом Чедвиком ещё в 1914 году, имеет непрерывный характер, то есть, из ядра вылетают электроны самых различных энергий.

С другой стороны, развитие квантовой механики в 1920-х годах привело к пониманию дискретности энергетических уровней в атомном ядре: это предположение было высказано австрийским физиком Лизой Мейтнер в 1922 году. То есть спектр вылетающих при распаде ядра частиц должен быть дискретным и показывать энергии, равные разницам энергий уровней, между которыми происходит переход при распаде. Таковым, например, является спектр энергий альфа-частиц при альфа-распаде.

Таким образом, непрерывность спектра электронов β-распада ставила под сомнение закон сохранения энергии. Вопрос стоял настолько остро, что в 1931 году знаменитый датский физик Нильс Бор на Римской конференции выступил с идеей о несохранении энергии. Однако было и другое объяснение — «потерянную» энергию уносит какая-то неизвестная и незаметная частица.

Гипотезу о существовании чрезвычайно слабо взаимодействующей с веществом частицы выдвинул 4 декабря 1930 г. Паули — не в статье, а в неформальном письме участникам физической конференции в Тюбингене:

…имея в виду … непрерывный β-спектр, я предпринял отчаянную попытку спасти «обменную статистику» и закон сохранения энергии. Именно, имеется возможность того, что в ядрах существуют электрически нейтральные частицы, которые я буду называть «нейтронами» и которые обладают спином ½… Масса «нейтрона» по порядку величины должна быть сравнимой с массой электрона и во всяком случае не более 0,01 массы протона. Непрерывный β-спектр тогда стал бы понятным, если предположить, что при β-распаде вместе с электроном испускается ещё и «нейтрон», таким образом, что сумма энергий «нейтрона» и электрона остаётся постоянной. Я признаю, что такой выход может показаться на первый взгляд маловероятным… Однако, не рискнув, не выиграешь; серьёзность положения с непрерывным β-спектром хорошо проиллюстрировал мой уважаемый предшественник г-н Дебай, который недавно заявил мне в Брюсселе: «О… об этом лучше не думать вовсе, как о новых налогах». — «Открытое письмо группе радиоактивных, собравшихся в Тюбингене», цит. по М. П. Рекало, «Нейтрино».

Впоследствии «нейтроном» была названа, как оказалось, другая элементарная частица, наряду с протоном входящая в состав атомных ядер. А предсказанная Паули частица в работах 1933—1934 годов итальянца Энрико Ферми на итальянский манер была названа «нейтрино».

На Сольвеевском конгрессе 1933 года в Брюсселе Паули выступил с рефератом о механизме β-распада с участием лёгкой нейтральной частицы со спином ½. Это выступление было фактически первой официальной публикацией, посвящённой нейтрино.

Этот раздел не завершён. Вы поможете проекту, исправив и дополнив его.

Исследования нейтрино

Нейтрино изучается в десятках лабораторий мира (см. неполный список экспериментов в физике нейтрино).

См. также: Нейтринная астрономия

Дефицит солнечных нейтрино

Ядерные реакции, происходящие в ядре Солнца, приводят к образованию большого количества электронных нейтрино. При этом измерения потока нейтрино на Земле, которые постоянно производятся с конца 1960-х годов, показали, что количество регистрируемых солнечных электронных нейтрино приблизительно в два-три раза меньше, чем предсказывает стандартная солнечная модель, описывающая процессы в Солнце. Это рассогласование между экспериментом и теорией получило название «проблема солнечных нейтрино» и более 30 лет было одной из загадок солнечной физики.

Предлагалось два главных пути решения проблемы солнечных нейтрино. Во-первых, можно было модифицировать модель Солнца таким образом, чтобы уменьшить предполагаемую термоядерную активность (а, значит, и температуру) в его ядре и, следовательно, поток излучаемых Солнцем нейтрино. Во-вторых, можно было предположить, что часть электронных нейтрино, излучаемых ядром Солнца, при движении к Земле превращается в нерегистрируемые обычными детекторами нейтрино других поколений (мюонные и тау-нейтрино).

Сегодня понятно, что правильным, скорее всего, является второй путь, то есть различные виды нейтрино могут преобразовываться друг в друга; это так называемые нейтринные осцилляции, в пользу которых свидетельствуют наблюдения солнечных нейтрино и угловой анизотропии атмосферных нейтрино, а также проведённые в начале этого века эксперименты с реакторными (см. KamLAND) и ускорительными нейтрино.

Кроме того, существование нейтринных осцилляций напрямую подтверждено опытами в Садбери, в котором были непосредственно зарегистрированы солнечные нейтрино всех трёх сортов и было показано, что их полный поток согласуется со стандартной солнечной моделью. При этом только около трети долетающих до Земли нейтрино оказывается электронными. Это количество согласуется с теорией, которая предсказывает переход электронных нейтрино в нейтрино другого поколения как в вакууме (собственно «нейтринные осцилляции»), так и в солнечном веществе («эффект Михеева — Смирнова — Вольфенштейна»).

Сообщение о возможном превышении скорости света

22 сентября 2011 года коллаборация OPERA объявила о регистрации возможного превышения скорости света мюонными нейтрино (на 0,00248 %). Нейтрино от ускорителя SPS (ЦЕРН, Швейцария) якобы прибывали к детектору (находящемуся на расстоянии 730 км в подземной лаборатории Гран-Сассо, Италия) на 61±10 наносекунд раньше расчётного времени; это значение получено после усреднения по 16 тыс. нейтринных событий в детекторе за три года. Физики обратились к своим коллегам с просьбой проверить результаты в подобных экспериментах MINOS (лаборатория Fermilab возле Чикаго) и T2K (Япония).

Менее чем за месяц в архиве препринтов появилось около 90 статей, предлагающих возможные объяснения зарегистрированного эффекта.

23 февраля 2012 года коллаборация OPERA сообщила об обнаружении двух ранее неучтённых эффектов, которые могли иметь влияние на процесс измерения времени полёта нейтрино. Для проверки степени влияния данных эффектов на результаты измерений было решено провести новые эксперименты с нейтринными пучками.
Проведённые в ноябре-декабре 2011 года независимые измерения в той же лаборатории (эксперимент ICARUS) сверхсветовых скоростей нейтрино не обнаружили.

В мае 2012 года OPERA провела ряд контрольных экспериментов и пришла к окончательному выводу, что причиной ошибочного предположения о сверхсветовой скорости стала техническая ошибка (плохо вставленный разъём оптического кабеля, что приводило к задержке в часах на 73 наносекунды).

Упругое когерентное рассеяние нейтрино

В 2017 году экспериментально обнаружено упругое когерентное рассеяние нейтрино. Используя этот эффект, можно создавать небольшие переносные детекторы нейтринного излучения.

Геонейтрино

Исследования геонейтрино позволяют найти залежи радиоактивных элементов.

Перспективы использования

Одно из перспективных направлений использования нейтрино — это нейтринная астрономия. Нейтрино несут важную информацию о ранних стадиях расширения Вселенной. Кроме того, известно, что звёзды, кроме света, излучают значительный поток нейтрино, которые возникают в процессе ядерных реакций. Поскольку на поздних стадиях звёздной эволюции за счёт нейтрино уносится до 90 % излучаемой энергии (нейтринное охлаждение), то изучение свойств нейтрино (в частности — энергетического спектра солнечных нейтрино) помогает лучше понять динамику астрофизических процессов. Кроме того, нейтрино без поглощения проходят огромные расстояния, что позволяет обнаруживать и изучать ещё более удалённые астрономические объекты.

Другим (практическим) применением является развиваемая в последнее время нейтринная диагностика промышленных ядерных реакторов. Проведённые в конце XX века физиками Курчатовского института эксперименты показали перспективность этого направления, и сегодня в России, Франции, Италии и других странах ведутся работы по созданию нейтринных детекторов, способных в режиме реального времени измерять нейтринный спектр реактора и тем самым контролировать как мощность реактора, так и композитный состав топлива (включая наработку оружейного плутония).

Теоретически потоки нейтрино могут быть использованы для создания средств связи (нейтринная связь), что привлекает интерес военных: частица теоретически делает возможной связь с подводными лодками, находящимися на глубине, или передачу информации сквозь Землю.

Нейтрино, образующиеся в результате распада радиоактивных элементов внутри Земли, могут использоваться для изучения внутреннего состава Земли. Измеряя потоки геологических нейтрино в разных точках Земли, можно составить карту источников радиоактивного тепловыделения внутри Земли.

Примечания

  1. Astronomers Accurately Measure the Mass of Neutrinos for the First Time. scitechdaily.com (February 10, 2014). Дата обращения 7 мая 2014. Архивировано 8 мая 2014 года.
  2. Foley, James A. Mass of Neutrinos Accurately Calculated for First Time, Physicists Report. natureworldnews.com (February 10, 2014). Дата обращения 7 мая 2014. Архивировано 8 мая 2014 года.
  3. Battye, Richard A.; Moss, Adam (2014). “Evidence for Massive Neutrinos from Cosmic Microwave Background and Lensing Observations”. Physical Review Letters. 112 (5): 051303. arXiv:1308.5870v2. Bibcode:2014PhRvL.112e1303B. DOI:10.1103/PhysRevLett.112.051303. PMID 24580586.
  4. Электромагнитная модель нейтрино
  5. Наше Солнце
  6. Физическая энциклопедия. Нейтри́но. Клайд Коуэн и Фредерик Райнес, 1953—1957
  7. Заколебали. Почему за превращения нейтрино присудили Нобелевскую премию по физике
  8. Герштейн С. С., Куденко Ю. Г. Лауреаты Нобелевской премии 2015 года. По физике — А. Макдональд, Т. Каджита // Природа. — 2016. — № 1. — С. 59—64.
  9. Пять загадок физики после бозона Хиггса. Масса нейтрино
  10. Нейтрино — статья из Физической энциклопедии
  11. 1 2 3 4 Куденко Ю. Г. Нейтрино — ключ к загадкам Вселенной? // Природа. — 2017. — № 6. — С. 3—11.
  12. Физик Дмитрий Казаков о частице с нулевым электрическим зарядом, нейтринных осцилляциях и темной материи, 04.07.2013
  13. Астрономы получили самую точную оценку массы «частицы-призрака». РИА Новости (22 июня 2010). Дата обращения 22 июня 2010. Архивировано 22 августа 2011 года.
  14. Shaun A. Thomas, Filipe B. Abdalla, and Ofer Lahav. Upper Bound of 0.28 eV on Neutrino Masses from the Largest Photometric Redshift Survey (англ.) // Phys. Rev. Lett.. — 2010. — Vol. 105, iss. 3. — P. 031301. (недоступная ссылка)
  15. L. D. Landau. Возможные свойства спина нейтрино // JETP. — 1957. — Т. 5. — С. 337—338.
  16. T. D. Lee, C. N. Yang. Несохранение чётности и двухкомпонентная теория нейтрино // Phys. Rev.. — 1957. — Т. 105. — С. 1671—338. — DOI:10.1103/PhysRev.105.1671.
  17. A. Salam. О сохранении чётности и массе нейтрино // Nuovo Cim.. — 1957. — Т. 5. — С. 299—301. — DOI:10.1007/BF02812841.
  18. Haxton, W. C. (1995). “The Solar Neutrino Problem” (PDF). Annual Review of Astronomy and Astrophysics. 33: 459—504.
  19. Extra-terrestrial Neutrinos // 2011 July
  20. Куденко Ю. Г. Нейтринная физика: год угла смешивания θ 13 {\displaystyle \theta _{13}} , Природа, № 11, 2012
  21. Measurement of the neutrino velocity with the OPERA detector in the CNGS beam, 22 Sep 2011
  22. Эксперимент OPERA сообщает о наблюдении сверхсветовой скорости нейтрино — Элементы
  23. Lenta.ru: Прогресс: Торопливые нейтрончики
  24. В сверхсветовой скорости нейтрино обвинили GPS :: Lenta.ru
  25. OPERA experiment reports anomaly in flight time of neutrinos from CERN to Gran Sasso // CERN Press Release, 23 February 2012, Update 8 June 2012 (англ.)
  26. Данные о «сверхсветовых» нейтрино могли появиться из-за сбоя техники // РИА Новости, 23 февраля 2012
  27. ICARUS Collaboration et al. Measurement of the neutrino velocity with the ICARUS detector at the CNGS beam // Physics Letters B. — 2012. — Vol. 713 (18 июля). — P. 17–22. — arXiv:1203.3433. — DOI:10.1016/j.physletb.2012.05.033.
  28. Эксперимент OPERA окончательно «закрыл» сверхсветовые нейтрино // ria.ru
  29. Алексей Понятов. Десять крупнейших событий 2017 года в физике и астрономии // Наука и жизнь. — 2018. — № 1. — С. 9.
  30. «Мы увидели процесс, предсказанный 43 года назад». Интервью с участником проекта COHERENT Дмитрием Акимовым об упругом когерентном рассеянии нейтрино на атомных ядрах
  31. Дорошкевич А. Г., Зельдович Я. Б., Новиков И. Д. Кинетическая теория нейтрино в анизотропных космологических моделях // Проблемы теоретической физики. Сборник, посвящённый Николаю Николаевичу Боголюбову в связи с его шестидесятилетием. — М., Наука, 1969. — Тираж 4000 экз. — c. 15-25
  32. Труды Бруно Понтекорво
  33. «Элементы»: Частица-призрак: нейтрино
  34. Маркс Г., Люкс И. Антинейтринное свечение Земли // Проблемы теоретической физики. Сборник, посвящённый Николаю Николаевичу Боголюбову в связи с его шестидесятилетием. — М., Наука, 1969. — Тираж 4000 экз. — c. 28-34
  35. Скорохватов М. Д. Нейтринная геофизика — первые шаги, Природа, 2012, № 3
  36. Дискография Тимура Шаова

2. Молекулярное нейтрино

Зададимся вопросом: что представляет собой нейтрино (электронное) в межгалактическом пространстве. Для этого рассмотрим взаимодействия электромагнитных полей пары электронных нейтрино в ближней зоне, используя для этого полевую теорию элементарных частиц. Из полевой теории можно получить кроме линейных размеров нейтрино структуру их постоянных электрических и магнитных полей. Затем с помощью классической электродинамики рассчитаем их взаимодействия.

Рис. 2 Потенциальная энергия взаимодействия двух электронных нейтрино
На рисунке 2 представлена потенциальная энергия взаимодействия двух электронных нейтрино с антипараллельными спинами в ближней зоне. При этом была взята величина массы покоя равная 0,28ev (данные взяты из Википедии). Расчеты производились с помощью полевой теории элементарных частиц.
Из рисунка видно наличие потенциальной ямы глубиной 1,54∙10-3ev с минимумом на расстоянии 8,5∙10-5 см. Как видим, пара электронных нейтрино должна обладать связанным состоянием с нулевым спином с энергией порядка 0,72∙10-3ev (более точную величину можно определить с помощью квантовой механики).
Это связанное состояние будет напоминать молекулу водорода с той разницей, что в данной «молекуле» нейтрино взаимодействуют своими электромагнитными полями.
Назовем данное образование электронных нейтрино — молекулярным нейтрино. Мюонное нейтрино также может образовывать молекулярное состояние, но вследствие нестабильности мюонных нейтрино его влиянием во Вселенной можно пренебречь.
При слиянии двух свободных покоящихся электронных нейтрино в молекулярное состояние должна выделяться энергия в виде испускания кванта электромагнитного излучения (фотона) с энергией равной величине энергии связи минус энергии импульса отдачи, получаемого парой электронных нейтрино. Ну а поскольку слияние электронных нейтрино происходит с разными скоростями их движения, то в среднем мы получим разброс спектральной линии. При этом, величине энергии фотона 0,72∙10-3ev соответствует длина волны 1,64 мм, что согласуется с длиной волны максимума микроволнового фонового космического излучения (1,9 мм).
Итак, мы нашли один из основных природных источников фонового космического излучения.

3. Нейтринная материя

Полевая теория элементарных частиц, утверждая о наличии в природе связанных состояний нейтрино, рассматривает их во множественном числе. Т.е. молекулярное нейтрино (v2) рассматривается как простейшее соединение электронных нейтрино, а в природе должны наблюдаться и более сложные соединения. К числу таких соединений полевая теория предлагает, прежде всего, соединение, состоящее из четырех электронных нейтрино — v4. Энергия связи такого соединения будет примерно на порядок больше энергии связи молекулы v2 (более точный ответ может дать квантовая механика, после измерения подлинной величины массы покоя электронного нейтрино). Молекула v4 может образовываться при столкновениях пары простейших молекулярных нейтрино (v2) при их определенной ориентации и наличии достаточной кинетической энергии. При образовании молекулы v4 будет испускаться фотон с энергией равной разнице энергий связи минус энергии импульса отдачи полученной v4, что соответствует участку 34 спектра фонового космического излучения (рис. 4).
Необходимо отметить, что нейтринные соединения будут обладать набором возбужденных состояний, вызванных квантованием их вращательного момента, поскольку эти образования, будучи симметричными, могут вращаться вокруг своей оси. В результате в природе фоновое космическое излучение должно наблюдаться и в длинноволновом диапазоне.
Полевая теория допускает наличие и более сложных соединений нейтрино: v6 , v12 , v16 , и других.
Но чем больше связанное состояние, тем оно будет большей мишенью для релятивистских нейтрино и фотонов достаточных энергий, способных его разбить. Следовательно, они будут более редкими.
Таким образом, согласно полевой теории элементарных частиц, в природе кроме барионной материи должна быть и нейтринная материя в виде газа состоящего из отдельных электронных нейтрино, молекулярного нейтрино (v2) и более сложных нейтринных соединений (v4 и др.). В связи с особенностью строения, поведение нейтринной материи будет отличаться от поведения барионной материи и нуждается в изучении его физикой.

4. Красное смещение

Мы будем рассматривать взаимодействие электронного нейтрино с фотоном видимого, инфракрасного и ближнего ультрафиолетового диапазона, т.е. создающими спектральные линии химических элементов, при этом энергия фотона значительно выше энергии связи молекулярного нейтрино.
При прохождении фотона через молекулярное нейтрино результат взаимодействия будет зависеть от расстояния и ориентации молекулярного нейтрино относительно траектории фотона, поэтому усредним его.
Введем следующие обозначения:

  • lср — средняя длина свободного пробега фотона между столкновениями с молекулярным нейтрино,
  • αср — средняя доля энергии теряемой фотоном в результате взаимодействия с молекулярным нейтрино (ее величина должна превышать энергию связи молекулярного нейтрино, поскольку кроме разрыва соединения каждой частице будет передана некоторая кинетическая энергия).

Пусть источник света испустил одиночный фотон с энергией Е0 и длиной волны λ0. Пролетев в нашем направлении расстояние R= lср фотон столкнулся 1 раз с молекулярным нейтрино. В результате их взаимодействия фотон передал молекулярному нейтрино энергию равную αср Е0 и тем самым его новая энергия будет:

    Е1=Е0∙(1- αср). (2)

Длина волны такого фотона вырастет и будет:

    λ1= λ0 /(1- αср) (3)

В следующем столкновении с молекулярным нейтрино фотон будет уже участвовать с меньшей начальной энергией. Поэтому он передаст следующему молекулярному нейтрино меньшую величину энергии, и мы получим:

    Е2=Е1∙(1- αср) = Е0∙(1- αср)2. (4)

Длина волны такого фотона вырастет и будет:

    λ2= λ1 /(1- αср) = λ0 /(1- αср)2. (5)

При этом мы не учитываем зависимость αср от длины волны фотона (λ). Но пока энергия фотона не сильно изменилась ей можно пренебречь.
Пройдя большое расстояние (R) фотон будет иметь n=R/lср столкновений с молекулярными нейтрино. В результате чего энергия фотона будет равна:

    Еn = Е0∙(1- αср)n (6)

а длина волны:

    λn = λ0 /(1- αср)n. (7)

Или в общем виде, длина волны как функция λ(R) будет:

    λ(R) = λ0 /(1- αср)(R/Iср) (8)

Как видим мы имеем дело с нелинейной функцией λ(R) . При малой величине αср (что и имеет место во взаимодействиях фотона с молекулярным нейтрино) ее можно заменить следующей приближенной функцией:

    λ(R) = λ0∙(1+ αср) (R/Iср) (9)

Разложив данную функцию в ряд и взяв первый линейный член, мы получим:

    λ(R) = λ0∙(1+ (R/ lср)∙αср) = λ0∙(1+ ξ∙R) (10)

где ξ = αср/ lср
Как видим, мы получили выражение для красного смещения соответствующее эмпирическому закону Хаббла, что и должно было произойти. Поскольку никакого Большого взрыва в истории Вселенной не было то у красного смещения должны быть природные источники, что мы и наблюдаем.
Необходимо помнить, что формула (10) является лишь приближенной и действует на малых расстояниях. Если мы желаем посмотреть красное смещение на расстояниях, где сказываются нелинейности то необходимо пользоваться формулой (8). Но на этих расстояниях может проявиться и зависимость αср(λ).

5. Природные источники фонового космического излучения

Уточним, как происходит образование фонового космического излучения.
Пролетая сквозь молекулярное нейтрино фотон видимого, ультрафиолетового или инфракрасного диапазона разбивает его на отдельные частицы при этом, теряя малую часть (αср) своей энергии (тем самым получилось красное смещение). Получившиеся свободные электронные нейтрино разбивают еще некоторое количество молекулярных нейтрино, пока не погасят свою кинетическую энергию (это же относится и нейтрино, освободившихся в результате нейтринных столкновений). Затем через некоторое время, освободившееся электронное нейтрино встречается с другим освободившимся электронным нейтрино, они сливаются в молекулярное состояние с испусканием микроволнового фотона (фотона микроволнового фонового космического излучения). Так обыкновенный свет при движении через межгалактическое пространство за счет своего красного смещения создает одну из компонент фонового космического излучения.
Следующим источником фонового космического излучения являются электронные нейтрино излучаемые звездами. Поскольку эти электронные нейтрино уносят значительную часть энергии реакции (см. статью «Загадка солнечных нейтрино …») то они в состоянии разбить множество молекулярных нейтрино на отдельные частицы. Вероятность таких столкновений наиболее высока вблизи источников излучения нейтрино: звезд и галактик. В нашей галактике это будет область млечного пути.
Еще источником фонового космического излучения значительно меньшим по интенсивности, но большим по излучаемой энергии является прямое столкновение отдельных нейтрино излученных разными звездами. При таком столкновении оба нейтрино перейдут в возбужденное состояние (следствие полевой теории элементарных частиц), с последующим переходом в состояние с меньшей энергией с испусканием более высокоэнергичных фотонов. Величина энергии этих фотонов будет порядка величины массы покоя нейтрино и выше (см. рис 4 участок спектра 59). Здесь возможен набор спектральных линий.

Рис. 3 Карта фонового космического излучения
На рисунке 3 представлена карта фонового космического излучения, согласующаяся с данными рассуждениями. Красная полоса в центре соответствует млечному пути.

Рис 4. Спектр фонового космического излучения
Итак, мы определили несколько природных источников фонового космического излучения. Со временем физика найдет и другие источники. Но теперь совершенно ясно, что божественному происхождению “реликтового излучения” пришел конец.

6. Влияние молекулярных нейтрино на длительность световых вспышек

Пусть в некоторой произвольной точке Вселенной (в свободном пространстве) расположен некоторый источник света, посылающий импульс света в заданном направлении, состоящий из последовательного числа фотонов равного n0 и длиной волны λ0. Т.е. за каждым фотоном будет излучаться следующий фотон той же длины волны. Поскольку свет является еще и волной, то мы будем иметь непрерывный волновой пакет длиной

    l0=n0λ0 (11)

Если рядом с источником света поместить наблюдателя, то он сможет зафиксировать световой импульс длиной волны λ0 и длительностью

    t0=l0/c (12)

где с — скорость света в вакууме.
Теперь переместим наблюдателя вдоль луча на значительное расстояние (R) от источника, при котором уже будет наблюдаться красное смещение. При прохождении через молекулярное нейтрино каждый фотон будет терять некоторую величину своей энергии, в результате чего будет увеличиваться его длина волны. Следовательно, общая длина волнового пакета вырастет и будет равна:

    l = n0λ(R) = n0λ0∙(1+ ξ∙R) (13)

Если мы теперь на пути света поместим наблюдателя, он зафиксирует иную длительность световой вспышки, возросшую одновременно с красным смещением

    t = l/c = n0(λ0/c)∙(1+ ξ∙R) = t0∙(1+ ξ∙R) (14)

Поскольку свет является волной, то увеличивая длительность каждого отдельного периода, мы увеличиваем длину всего пакета, в результате чего возрастает время прохождения светового пакета мимо наблюдателя.
Можно рассмотреть различные волновые пакеты, чтобы убедиться в том, что результат будет аналогичным. Напомню, что Вселенная при этом считалась стационарной.
Ну а теперь что нам мешает выбрать в качестве источника света сверхновую. Как видим бездоказательное утверждение о том, что гипотеза «стационарной Вселенной» не объясняет увеличение длительности вспышек сверхновых от расстояния до них, не соответствует действительности.
Рассмотрим еще случай, когда источник света (достаточно большой по размерам) испустил одиночный импульс из фотонов длиной волны λ0. Т.е. в нашу сторону будут лететь параллельно фотоны, независимо друг от друга (чтобы волновыми эффектами можно было пренебречь). Пролетая сквозь молекулярное нейтрино, каждый фотон будет не только терять часть своей энергии, но и будет задерживаться, поскольку скорость света в веществе (каковым является нейтрино и его соединения) ниже скорости света в вакууме. Это приведет к тому, что часть фотонов (повстречавшихся с большим числом нейтрино) со временем начнет запаздывать по отношению к другой части фотонов (повстречавших меньше нейтрино). В результате этого фотоны кроме того как покраснеют и увеличат свою длину волны еще растянутся в пространстве. Таким образом, удаленный наблюдатель будет наблюдать достаточно длительную вспышку покрасневшего света.
Как видим наблюдаемое не всегда соответствует произошедшему. И, следовательно, математические модели, построенные на астрономических наблюдениях удаленных объектов, частично могут не соответствовать действительности. Мы видим, не то что произошло — а то, что дошло до вас и в том виде, в каком оно дошло до нас. Действительность может быть иной.

7. Достоверность экспериментальных данных

Большинство современных экспериментальных данных получено в результате обработки результатов измерений математическими моделями. Возникает вопрос насколько можно доверять таким «экспериментальным» данным.
Дело в следующем. Многие математические модели являются упрощенным отражением действительности, часть несущественных (с точки зрения авторов) параметров в них опущена в целях упрощения вычислений. Очень часто такой подход оправдан и дает возможность получить требуемые экспериментальные данные. Но в природе упрощенный снимок не может точно соответствовать оригиналу, поскольку между ними есть разница, а подлинным является только оригинал.
Таким образом, математические модели вносят искажения в обрабатываемые данные связанные не только с точностью вычислений, но и с неточностями или ошибками самой модели. Ярким примером того является множество сказок сочиненных Стандартной моделью в физике микромира, считающей элементарные частицы либо бесструктурными образованиями либо состоящими из не существующих в природе кварков. Такое упрощение позволяет обрабатывать экспериментальные данные, получаемые на ускорителях, но вот вопрос: можно ли им всегда доверять. — Ответ очевиден: ни в коем случае. Упростив картину микромира путем игнорирования структуры элементарных частиц, мы заменили подлинную картину миражем.
То, что мы «видим» с помощью математической модели может быть продуктом самой модели, а не отражением действительности, и об этом никогда не следует забывать.

11.2.2013
Владимир Горунович

Нейтрино: крошечная частица, покорившая Вселенную

Сейчас мы стоим на пороге новой эпохи в космологии – эпохи нейтрино. За открытия в сфере взаимодействия этих частиц присуждают Нобелевскую премию, а область знаний о них даже планируется выделить в отдельный раздел науки о небесных телах – нейтринную астрофизику. Но что же это, в конце концов, такое, и чем так революционны исследования этих частиц?

Итак, представьте себе ситуацию: начало ХХ ст., после открытия радиоактивности совместными усилиями Анри Беккереля и супругов Кюри, у физиков мира появляется новая «забава» — ядерные реакции. Первым наблюдать их посчастливилось Эрнесту Резерфорду, который, используя знания о недавно обнаруженном радиоактивном излучении ядер атомов, с помощью потока альфа-частиц превращает азот в изотоп кислорода – и осуществляет тем самым первое в истории искусственное превращение элементов. Ученые с запалом потирают руки: вот и очередное открытие, которое может изменить физику будущего. Но не все прошло так гладко. Несколькими годами позднее молодую и еще не окрепшую отрасль ядерной физики настигает глубочайший кризис. Оказалось, что при протекании ядерных реакций бета-распада (реакция превращения ядра элемента с испусканием бета-частицы – электрона или позитрона) не соблюдаются основополагающие законы сохранения энергии и импульса: сумма количества затраченной энергии до реакции и после не совпадает – какая-то часть ее будто бы «улетучивается». Наверное, вам будет довольно сложно понять состояние выдающихся ученых в тот момент, но это было самое что ни на есть отчаяние, граничащее с депрессией. Даже такие гении «физических дел», как Нильс Бор, опускали руки перед «бета-парадоксом» и, оправдываясь тем, что не все под силу постичь человеческим разумом, готовы были отказаться от основных для физики законов сохранения.

Ситуацию спас молодой швейцарский физик-теоретик Вольфганг Паули, который, к слову, приходился учеником Нильсу Бору. Рассерженный на своего учителя и его коллег, так легко сдающих позиции перед вызовами науки, он осмелился постулировать наличие в таких реакциях «неуловимой» частицы, которая, по его словам, должна была уносить часть энергии с собой и уравновешивать соотношения импульсов и энергий частиц до и после взаимодействия. Таким образом молодой ученый лишь пытался отвести гениальные умы от мысли про отказ от законов физики – на деле, его догадки на тот момент ничем не подкреплялись. Каково же было удивление Паули, когда через 23 года его предположения таки нашли свое экспериментальное подтверждение в лаборатории итальянского физика-ядерщика Энрико Ферми! «Пойманную» частицу окрестили нейтрино, в переводе – нейтрончик, «нейтральненький». (В. Паули, выдвигая в 1930 г. свою гипотезу, предлагал называть эту частицу нейтроном, т. к. она электрически нейтральна, но этим термином в 1932 г. уже была названа частица, входящая в состав ядра атома, открытая Джеймсом Чедвиком.)

“I have done a terrible thing, I have postulated a particle that cannot be detected”
Вольфганг Паули

Тут, пожалуй, следует сделать паузу и разъяснить, как именно «срабатывает» нейтрино в процессах бета-распада и не только, и какие уникальные физические свойства делают эту частицу по-настоящему «призрачной».

Согласно Стандартной модели (теоретическая конструкция в физике, описывающая все элементарные частицы) не все элементарные частицы являются фундаментальными – то есть такими, что составляют первоначальное звено в построении атома молекулы вещества. Так, если взять нуклоны – протон и нейтрон – то они состоят из кварков, которые, в свою очередь, поделить на меньшие составляющие уже невозможно. И таких разновидностей бесструктурных или «точечных» частиц три: помимо упомянутых кварков к ним также относятся лептоны и калибровочные бозоны (хотя последние, скорее, выступают лишь посредниками при взаимодействии предыдущих двух видов). Основная разница между упомянутыми частицами состоит в том, в каких видах фундаментальных взаимодействий (всего существует четыре вида фундаментальных взаимодействий: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое; далее – ВФВ) они могут участвовать: лептоны, в отличие от кварков, не вступают в сильное взаимодействие (cильное взаимодействие удерживает ядро атома и не дает нуклонам, составляющим его, разлететься) а калибровочные бозоны делятся на подвиды, каждый из которых является «переносчиком» конкретного ВФВ. Так вот к чему мы ведем: нейтрино относится к классу лептонов, но немного отличается от своих собратьев. Дело в том, что все его «лептонные родственники», наиболее известным из которых для нас является электрон, обладают электрическим зарядом, который позволяет им вступать в электромагнитное взаимодействие. Нейтрино же электрически нейтрально, а, следовательно, из четырех ВФВ для него остаются лишь гравитационное и слабое; но основным и единственным, в котором его можно заметить, является именно слабое взаимодействие.

В чем же оно заключается? Да все те ядерные реакции, о которых велась речь ранее, и являются примером слабого взаимодействия. Оно отвечает за превращение одной частицы в другую посредством ядерного распада. И вот как это происходит: при приближении нейтрино практически вплотную (слабое взаимодействие названо слабым, так как действует только на крошечных расстояниях (приблизительно 0,1% диаметра протона) к, например, нейтрону, W+ — бозон нейтрино (до этого мы говорили, что конкретный вид калибровочного бозона отвечает за конкретный вид взаимодействия, так вот в слабом взаимодействии участвуют W-отрицательный (W-), W-положительный (W+) и Z-нейтральный (Z0) бозоны) переходит в нейтрон, где изменяет его слабонегативный кварк на слабопозитивный; имея теперь в своем составе два слабопозитивных и один слабонегативный кварки, нейтрон превращается в протон, а нейтрино, потеряв позитивный W+-бозон, приобретает отрицательный заряд – и становится электроном. Так как число элементарных частиц атома элемента теперь изменено, то изменяется и сам химический элемент. Так и происходит полный процесс превращения элементов с учетом всех законов сохранения.

Нейтрино в ядерных реакциях

Таким образом, единственный способ обнаружить нейтрино – это «поймать» его в момент взаимодействия с другой частицей, когда и происходит такое превращение. Но все не так просто, как кажется. Помимо всего прочего, нейтрино практически не контактирует с материей. Эти частицы беспрепятственно пронзают насквозь Солнце, нашу планету, нас! В этом «неуловимой» частице помогает и ее чрезвычайно маленькая масса: приближаясь к массивным телам, ее скорость ни на йоту не уменьшается, и она преодолевает гигантские небесные объекты легче, чем луч света преодолевает стекло. Оглянитесь вокруг: все, что вас окружает сейчас, в эту секунду пропускает через себя сотни триллионов нейтрино, и вы в том числе. Но узнать об этом вы сможете только лишь прочитав подобную статью: почувствовать нейтринные потоки невозможно. Это то, что называется интенсивностью взаимодействия: чем больше длина свободного пробега частицы (то есть расстояния, которое частица может преодолеть без смещений, столкновений и т.д.), тем слабее ее взаимодействие с веществом. У нейтрино это расстояние измеряется в астрономических единицах (среднее расстояние от Земли до Солнца, принятое за единицу измерения).

Изображение ЦЕРН – следы нейтрино в пузырьковой камере (прибор для регистрации треков заряженных частиц, работает путем вскипания перегретой жидкости вдоль траектории чаастицы) после столкновения нейтрино с электроном (обведен желтым) последний начинает двигаться по извилистой траектории

А это значит, что, чтобы поймать частицу-призрак, иногда нужно ждать невероятно долго, пока одна из триллиарда их не удосужится задеть один из атомов какой-нибудь молекулы. Поэтому астрофизики идут на все, чтобы не только не упустить этот шанс, но и увеличить вероятность его наступления. Так, чтобы отсеять другие фоновые процессы и не перепутать, к примеру, частицу из космического луча с нейтрино, установки по регистрации последних размещают глубоко под землей (японский детектор Super-Kamiokande – 1 км от поверхности; канадский детектор SNO –– 2 км) или и того лучше – в толщи льда Антарктиды (детектор Ice Cube). Все эти детекторы работают по принципу фиксирования сверхчувствительными фотоумножителями момент взаимодействия нейтрино с частицами атома молекулы воды, когда в результате образуется сверхбыстрая заряженная частица, провоцирующая в дальнейшем черенковское излучение (правильнее даже будет – излучение Вавилова-Черенкова: свечение в прозрачной среде, вызванное заряженной частицей, которая движется со скоростью, превышающей скорость света в этой среде).

Детектор Super-Kamiokande: огромный резервуар цилиндрической формы, помещенный под землю на глубине 1 км; изнутри весь покрыт фотоумножителями; заполняется дистиллированной водой

Детектор Sudbury Neutrino Observatory (SNO): сфера из фотоумножителей окружает шар, наполненныый «тяжелой водой» (оксид дейтерия – изотопа водорода; формула: D2O) находится на глубине 2 км от поверхности


Детектор Ice Cube: размещен на Южном полюсе, чтобы регистрировать нейтрино, проходящие сквозь Земной шар с Северного полушария; за источник очищенной воды использует антарктический лед; фотоумножители помещены вглубь льда (как показано на втором фото)

Но вы спросите: а для чего это все? Ведь экспериментально наличие этой частицы уже было доказано Ферми, да и ее роль в процессах ядерного распада тоже известна. Для чего же все эти тысячи фотоумножителей, десятки тысяч тонн воды и километры выкопанной земли (и даже льда)? А дело в том, что, как очень точно некогда высказался советский физик-теоретик М.Марков:

«Современнику трудно гадать, какое истинное место займет нейтрино в физике будущего. Но свойства этой частицы столь элементарны и своеобразны, что естественно думать, что природа создала нейтрино с какими-то глубокими, пока для нас не всегда ясными «целями»»

Сказана эта фраза была еще в конце ХХ ст., сейчас же мы знакомы с нейтрино гораздо ближе, и уже можем кое-что констатировать.

Вспомните только последнюю Нобелевскую премию по физике – она была вручена за нейтринные осцилляции. Этим страшным словосочетанием называется, по сути, превращение одного вида нейтрино в другой. Помните, мы говорили о лептонах? Так вот кроме электрона к ним также относятся мюон и тау-лептон (не заморачивайтесь с названиями: они отличаются лишь массой и реакциями, в которых задействованы). Каждому из этих разновидностей лептонов соответствует отдельный вид нейтрино: электронный, мюонный и тау-нейтрино (существует также гипотеза о существовании четвертого вида – стерильного нейтрино, который вообще не взаимодействует с веществом). Отличаются они, соответственно, тем, какую частицу порождают в результате взаимодействия с атомом. Вот в приведенном выше примере с реакцией взаимодействия нейтрино с нейтроном в результате испустился электрон – следовательно, это был след электронного нейтрино. При этом лауретами было обнаружено, что виды нейтрино взаимодействуют и друг с другом, имея возможность превращаться в «своего товарища». То есть электронное нейтрино становится мюонным, а то, в свою очередь, может обернуться на тау-нейтрино. Это многое объясняет, так как до этого все нейтринные детекторы регистрировали только 1/3 от предполагаемого количества частиц. Как выяснилось, проблема заключалась в том, что отлавливали они лишь электронные нейтрино, не зная, что 2/3 их на пути из космоса до Земли изменяют свою «специализацию».

Схемы обнаружения процессов осцилляции нейтрино на одной из обсерваторий

Но почему же это открытие настолько важно, что заслуживает Нобелевской премии? Да потому, что долгое время нейтрино считалось безмассовой частицей, а открытие процессов осцилляции является беспрекословным доказательством обратного: виды могут взаимопревращаться только если они имеют массу, причем такую, что электронное нейтрино будет легче, чем последнее в цепочке превращений – тау-нейтрино. Доказательство же существования у нейтрино массы открывает перед нами целые горизонты в исследовании роли этой частицы во Вселенной.

И вот почему. Нейтрино, несмотря на всю непримечательность своих физических характеристик, является самой распространенной частицей во Вселенной. Их настолько много, что на все остальное «не нейтринное» вещество приходится всего около 3-10% Вселенной! То есть, как выражаются многие астрофизики, мы, считайте, живем в нейтринной Вселенной! Однако будь эти частицы безмассовыми, подобного рода информация не принесла бы нам много пользы – разве что для общего развития. Но так как мы уже убедились в обратном, мы можем даже утверждать, что именно сила тяготения нейтрино определяет процесс ускоренного расширения Вселенной – ведь доминируя в количестве и, как следствие, в массе, нейтрино преобладает и в гравитационном действии. Вполне взможно, что именно охлаждение нейтринных сгустков и «разбрасывание» их по космическому пространству может «раздувать» нашу Вселенную. Энергии для этого им вполне хватает, ведь они забирают ее у самих звезд.

Варианты развития Вселенной после Большого взрыва: первые три сверху – если бы Вселенная не расширялась; последний – наша Вселенная

По данным ученых Вселенная прекратит процесс расширения, как только достигнет критической плотности. Ранее считалось, что до нее еще довольно далеко (примерно 100 раз по возрасту современной Вселенной), но учитывая нововыявленные обстоятельства – наличие массы у частиц, плотность которых во Вселенной в 30 раз больше плотности другого вещества, – этот момент гораздо ближе, чем нам кажется. В этом случает сила тяготения нейтрино уже будет служить «тормозом» в расширении.

Также, это открытие проливает свет и на многие процессы, происходящие в период Большого Взрыва. Долгое время было неясно, каким же именно образом распределялась материя, составляющая теперь все небесные тела. Вначале она представляла собой однородное раскаленное вещество – плазму. Но что заставило ее так «раскучкуваться» в местах, где в дальнейшем были образованы галактики? И ответ снова – нейтрино. Дело в том, что уже по истечению 1 секунды после Большого Взрыва плазма перестала быть для этих частиц препятствием – они вышли за ее пределы, перестав участвовать во внутреплазменных реакциях. Тогда эти частицы, полные энергии, двигались со скоростью света и, взаимопревращаясь, с легкостью влетали и вылетали из «нейтринных облаков». Но со временем (приблизительно 300 лет) нейтрино растратили свою энергию, и их скорость уже не позволяла им так просто покидать «нейтринные сгустки». Так образовались плотнейшие скопления нейтрино. К этому времени плазма уже приостыла и стала менее плотной. Тут и сработала сила тяготения скоплений нейтрино, которая и «расшматовала» однородное вещество. Таким образом скопления вещества распределились по «нейтринным облакам», в дальнейшем превратясь в целые системы из небесных тел. Так в космическом пространстве появились галактики, размещенные в «нейтринных ячейках».

Все это делает так званую «частицу-фантом» невероятно интересной и важной для изучения. Если нам таки удастся с ней «подружиться», мы сможем намного ближе познакомиться с космосом и процессами, протекающими в его глубинах. Ведь в отличие от электромагнитных волн, излучений и т.п. нейтрино поступают к нам из самого центра событий – сердцевины звезд, например, таких, как Солнце, где участвуют в термоядерных реакциях. Беспрепятственно преодолевая огромнейшие дистанции длинной в световые года, они могут доставлять нам ценную информацию о всех этих процессах из самых дальних закоулков космоса.

Но более интересно даже другое. Всем известно, что во времена зарождения Вселенной вместе с материей сосуществовала и антиматерия. Мы знаем, например, что электрон имеет свою античастицу – позитрон, а протон – антипротон. И так со всеми частицами: свойства одинаковые, только заряд противоположный. Но в нашем мире почему-то стала преобладать обычная материя. Где же антиподы всем частицам? Существует гипотеза, что где-то во Вселенной может быть зеркальное отражение нашего мира – антимир из антивещества. Но даже если и предположить такое, найти его будет практически невозможно – несмотря на то, что все химические процессы там будут протекать при участии антиатомов, нашим физическим приборам этого не распознать: все излучения, поступающие к нам «оттуда» будут идентичны нашим. Единственный вариант обнаружить антимир – это поймать антинейтрино. (Так как нейтрино не имеет заряда, разница между ним и его антиподом заключается в направлении спина — говоря ненаучным языком, стороной вращения вокруг себя.) Ведь эта частица, точно также как нейтрино с электроном, принимает непосредственное участие в образовании позитрона (а также антимюона и антитау-лептона). Так что, зафиксировав однажды прилетевшее антинейтрино, мы сможем говорить об антиматерии, таящейся в космосе. Мысль эта, конечно, кажется до боли фантастической, но куда же в астрофизику и без капли фантазии?

Модель параллельной Вселенной

Вот такие они, эти нейтрино. Настолько же интересные, насколько и полезные. Представьте только, что будет, если нам удастся реализовать механизм нейтринной передачи информации – нейтринную телефонную связь, к примеру? Ведь тогда словосочетание «отсутствие связи» просто выйдет из употребления – поговорить с близкими мы сможем даже находясь на дне Марианского жёлоба!