2000 №3

Первый эксперимент по определению массы нейтрино был выполнен Б. Понтекорво в 1948 году с результатом m_v < 1200 эВ. С тех пор, постепенно улучшая качество спектрометра и источника, понижая фон, экспериментаторы продвигают верхнюю границу массы нейтрино все к меньшим и меньшим значениям. Был момент (1980 год), когда показалось, что получен сигнал об изменении формы спектра, то есть указание, что масса нейтрино не меньше 14 эВ. С огромным энтузиазмом несколько групп в США, Швейцарии, Японии, Германии принялись за проверку, и оказалось, что за искажение формы спектра отвечает не масса нейтрино, а неучтенные особенности источника распадов. Самый точный эксперимент сейчас продолжается в Институте ядерных исследований под руководством В. Лобашова. Пока обнародован удивительный результат: если непосредственно (без дополнительных предположений) трактовать измеренный спектр, придется сделать вывод, что квадрат массы нейтрино отрицателен! Тут уж есть о чем задуматься и над чем поработать. А пока с уверенностью можно сказать, что в результате этого замечательного эксперимента получен рекордно низкий предел возможной массы электронного антинейтрино: m_v < 4,5 эВ.

А что дают другие методы?

ПОИСКИ ОСЦИЛЛЯЦИИ И ДА ЗДРАВСТВУЕТ СОЛНЦЕ!

История поисков осцилляций тоже полна драматизма. Первым объявил в 1980 году о наблюдении осцилляций сам открыватель нейтрино Ф. Рейнес. Затем были и другие обнадеживающие результаты, но каждый раз последующие эксперименты на реакторных и ускорительных пучках нейтрино опровергали положительные сообщения. И до сих пор в многочисленных экспериментах не получен утвердительный ответ. Но есть нерукотворный источник нейтрино: это источник нашей жизни — Солнце.

Если бы удалось измерить поток солнечных нейтрино на Земле, то, воспользовавшись формулой для вероятности электронному нейтрино на пути от Солнца до Земли остаться самим собой, мы могли бы проверить гипотезу существования нейтринных осцилляций.

Захватывающие перспективы подвигли физиков на фантастический эксперимент. Первым был американец Дж. Дэвис. В штате Южная Дакота есть соляная шахта Хоумстейк глубиной 1455 м. Туда почти не проникают космические лучи, которые могут породить фоновые нейтрино, никакого отношения к Солнцу не имеющие. В этой шахте и помещается детектор солнечных нейтрино. Он представляет собой огромный бак, а в нем 615 тонн Сl₄С₂ (говорят, что это обычное моющее средство). Для захвата нейтрино служит та самая реакция, которая в 1956 году не шла у Дэвиса с антинейтрино от реактора. С нейтрино она должна идти, и сигналом взаимодействия с хлором будет образование атомов радиоактивного аргона. Все очень просто, пока мы не принялись за числа. Зная величину потока солнечных нейтрино, сечение слабого взаимодействия (=10^-43 см²) и количество атомов хлора (2,16х10³⁰), легко сосчитать, что за сутки в баке Дэвиса должно образоваться около двух атомов аргона! Давайте же почувствуем, насколько надо верить в разум, в предсказательную силу истинной науки и презирать досужую околонаучную болтовню о телекинезе, барабашках, «микролептонах», способных непредсказуемым образом утащить или добавить штуку-другую искомых атомов, чтобы не дрогнуть перед задачей достать и пересчитать полсотни атомов аргона из 10³⁰ других атомов.

Дэвис со своей командой научились делать это и были вознаграждены. С 1970 года они получают стабильный результат: число зарегистрированных солнечных нейтрино оказалось в четыре раза меньше того, что предсказывают «солнечные теоретики». Куда же девались остальные 3/4? Может быть, часть образовавшихся атомов аргона теряется при сложной химической процедуре или не менее сложной процедуре их пересчета? За 29 лет эксперимента эти процедуры непрерывно улучшались и проверялись, но результат — 1/4 — существенно не изменился. Может быть, ошиблись теоретики в расчетах ожидаемого числа нейтрино?

Проверка этого предположения вызвала к жизни похожий, но принципиально иной эксперимент. Дело в том, что реакция с хлором идет, только когда энергия нейтрино превысит порог 0,814 МэВ. А это значит, что детектор Дэвиса чувствителен только к бериллиевым и борным нейтрино. Максимальная энергия нейтрино водородного протон-протонного цикла — 0,42 МэВ — слишком низка. Хорошо бы построить детектор, реагирующий именно на эти нейтрино: их много больше, и для них предсказания теоретиков значительно точнее.