2000 №3

Огромная трудность эксперимента заключается в том, что в детектор попадает очень много «безродных» у-квантов, не имеющих никакого отношения к искомой реакции. Их источники — космические лучи, радиоактивные элементы материала мишени и детектора. Ложные срабатывания детектора физики называют фоном. В опытах, где число искомых событий мало, необходимо надежно защитить детектор от фона. А помогают сделать это характеристики сигнала от истинного нейтринного события. Они должны быть так же неповторимы, как отпечатки пальцев, чтобы среди моря случайных (фоновых) у-квантов и нейтронов можно было узнать «истинный нейтринный портрет». В нашем случае два у-кванта от аннигиляции электрона с позитроном в покое имеют энергию, равную сумме масс электрона и позитрона, и делят ее ровно пополам, разлетаясь в противоположные стороны, — так велит закон сохранения энергии и импульса. Три у-кванта от захвата нейтрона кадмием тоже имеют известные энергии, но появятся только спустя некоторое (измеренное в других опытах) время, необходимое для того, чтобы нейтрон замедлился до подходящей для захвата кадмием энергии.

Таким образом, искомое нейтринное событие должно выглядеть так:

1. Счетчики фиксируют два одновременных у-кванта с энергиями 0,511 эВ (эта энергия соответствует энергии массы покоя электрона или позитрона) в противоположных направлениях,

2. После этого счетчики у-квантов запираются, чтобы «чужаки» не мешали, и вновь открываются только через несколько тысячных долей секунды (на время путешествия нейтрона до поглощения кадмием), чтобы зафиксировать сигнал от трех γ-квантов с определенными энергиями.

Такого набора признаков (физики называют их критериями отбора) достаточно, чтобы уверенно распознать нейтринное событие, отличив его от фонового.

Детектор готов, и пора рассказать об использованном Рейнесом нейтринном источнике, который обеспечивал успех эксперимента. То, что в 30-е годы Паули и представить не мог, стало реальным в результате гигантского скачка в прикладной ядерной физике, инициированного войной с фашизмом.

В 1944 году в США Энрико Ферми впервые осуществил цепную реакцию деления урана, а в 1945 году американцы испытали первую ядерную бомбу. В процессе деления нейтронами ²³⁵U образуется пара осколков-ядер с меньшей суммарной массой, уносящих освобождающуюся при делении энергию около 200 МэВ. Как правило, они нестабильны и превращаются в стабильные (или долгоживущие) ядра через цепочку последовательных (β-распадов, в каждом из которых, по гипотезе Паули, должно рождаться нейтрино с энергией несколько МэВ. Осколка — два, цепочек — в среднем три. Итого в каждом делении возникает в среднем 6 нейтрино, а в ядерном реакторе мощностью 1 гигаватт ежесекундно образуется около 10²⁰ этих частиц. Вот с таким источником можно ловить нейтрино.

И все-таки это был отчаянный замысел. Рейнес с большой командой физиков и инженеров назвали его «Проект Полтергейст», ассоциируя имя с устойчивым (до сегодняшнего дня!) средневековым предрассудком, будто иногда происходят события немыслимые без участия невидимого «суматошного духа» (polterig — суматошный, шумный; geist — дух). На него (по-нашему — барабашку) списывают летающие предметы, иногда деньги, падения с кровати, уличные беспорядки, порчу сантехники, чаще всего унитазов. А в марте 1662 года в городке Тедуорт графства Уилтшир (Англия) обиженный на судью за неправедный приговор местный барабашка зачем-то засунул в пасть судейской лошади копыто ее задней ноги.

Проектируя эксперимент, Рейнес даже хотел использовать в качестве нейтринного источника взрыв ядерной бомбы. Однако реальный эксперимент был выполнен на ядерном реакторе, который облучал мишень потоком около 10¹³ нейтрино на квадратный сантиметр за секунду. Мишенью служил 400-литровый бак с растворенным в чистейшей воде хлористым кадмием CdCl., а детектором — сотня фотоэлектронных умножителей, покрывающих всю поверхность «бочки» Рейнеса. В тысячах приходящих сигналов можно было распознать 40 событий протон-нейтринных взаимодействий в сутки. Эксперимент 1956 года длился около трех месяцев. Его результат и был изложен в телеграмме. Вольфганг Паули проиграл пари, быть может, самое счастливое пари в его жизни.

С тех пор нейтрино «видели» многие, потому что с 1956 года пролился…