Атомный проект. Жизнь за «железным занавесом»

Состояние сегодняшней техники таково, что мы можем «ловить» нейтрино, имеющие энергию больше миллиона электронвольт, если поток частиц составляет не меньше 10 миллиардов штук в секунду через каждый квадратный сантиметр.

Нет сомнения в том, что первый шаг экспериментальной нейтринной астрофизики будет сделан в будущем именно при исследовании Солнца.

Нейтрино и антимиры

А теперь давайте пофантазируем — поговорим о менее реальных вещах. Я расскажу о некоторых принципиальных возможностях экспериментальной нейтринной астрофизики. Практические решения здесь еще очень далеки и, быть может, никогда не увидят свет.

После того как будут зарегистрированы нейтринные потоки от Солнца, необходимо будет сделать следующий шаг — измерить нейтринные потоки из космического пространства (мы уже видели, насколько важна эта задача) и от отдельных галактик. Для этого нужно увеличить чувствительность современных методов регистрации больше чем в миллион раз. Поэтому я не буду останавливаться подробно на этих вопросах, а проиллюстрирую только одну принципиальную возможность, которая открывается перед нейтринной астрофизикой. Это решение проблемы антимиров — миров, целиком построенных из античастиц.

Могут ли наблюдения с Земли сказать нам, существуют ли антимиры? Пусть мы видим какое-то небесное тело и хотим узнать, из вещества или из антивещества оно построено. Наблюдение света и вообще электромагнитных волн никак не может дать ответа на этот вопрос. Свет, испускаемый, скажем, атомом водорода, тождествен свету, испускаемому атомом антиводорода. Ведь фотоны — истинно нейтральные частицы: они не имеют никаких зарядов и не отличаются от своих античастиц.

А как обстоит дело с нейтринным излучением? Мы уже видели, что Солнце испускает нейтрино, а не антинейтрино. Это же относится и к любым звездам, где основной источник энергии — термоядерные реакции превращения водорода в гелий.

Теперь представьте себе «антисолнце», внутренние процессы которого аналогичны солнечным. Это значит, что источником энергии там служит превращение антиводорода в антигелий. Такие антисолнца дадут свет, неотличимый от света нашего Солнца. Однако они будут испускать антинейтрино, а не нейтрино. Можно представить себе, какие перспективы открываются перед нейтринной астрономией.

Нейтринные «телескопы»

Правда, надо предостеречь вас от слишком оптимистического представления о возможности решения изложенных вопросов. Дело не только в том, что речь идет о крайне малой интенсивности нейтрино и антинейтрино. Самая большая трудность связана с тем, что неизвестно, как создать эффективный нейтринный телескоп.

Нейтринных линз нет. Для того чтобы утверждать, что нейтринное излучение приходит от определенного небесного тела, необходимо измерить угловое распределение продуктов расщепления, вызванных нейтрино. Но оказывается, что в случае нейтрино с энергией несколько миллионов электронвольт или меньше это угловое распределение по отношению к направлению падающего пучка очень нечувствительно. Эта трудность так велика, что неизвестно, будет ли задача когда-нибудь решена. Но сама принципиальная возможность ее решения достаточно интересна.

Задача построения нейтринного телескопа значительно упрощается для нейтрино высокой энергии, превышающей миллиард электронвольт. В таком случае заряженные продукты, образующиеся при взаимодействии нейтрино с ядрами, сохраняют направление налетающих нейтрино, а это позволяет создать телескоп для «неуловимых» частиц высоких энергий. Таким телескопом может служить установка, помещенная на большую глубину и регистрирующая мюоны, которые рождаются в реакциях типа

ν + ядро → µ + ядро

Подземная установка, по предположению М. А. Маркова, может выделять мюоны, образованные нейтрино, исходящими из нижней полусферы, т. е. проходящими сквозь всю Землю! Это возможно, конечно, так как длина свободного пробега нейтрино несравнимо больше диаметра Земли.

Подводя итоги, можно сказать, что существуют два аспекта физики нейтрино.

С одной стороны, исследование нейтрино как элементарной частицы имеет первостепенное значение для построения теории слабых взаимодействий элементарных частиц, почетным представителем которых нейтрино и является.

С другой стороны, нейтрино, без сомнения, играет важнейшую роль в астрофизике и, быть может, в космогонии. Экспериментальная нейтринная астрофизика — почти еще не рожденная наука, первоочередная задача которой состоит в регистрации нейтрино, исходящих от Солнца.

Эти два аспекта, конечно, очень тесно связаны между собой. Некоторые макроскопические явления, в которых участвуют нейтрино, можно будет рассчитать только тогда, когда будут лучше известны некоторые фундаментальные свойства нейтрино как элементарной частицы.

Исследования нейтрино требуют усилий больших коллективов и очень много средств. Но проблема вызывает настолько большой интерес, что уже сейчас ей занимаются в разных лабораториях многих стран мира.