Знание-сила, 2001 № 04 (886) - [14]

Три из четырех нейтринных экспериментов использовали технику радиохимического анализа. Долетевшее до Земли нейтрино взаимодействует с ядром хлора в шести сотнях тонн перхлорэтилена в американской установке «Homestake». В результате получаются атомы радиоактивного аргона, которые пересчитывают. Установка расположена в золотой шахте на глубине полутора километров. В двух других экспериментах пересчитывают атомы радиоактивного германия, рождающегося во взаимодействии с галлием. Установка GALLEX в подземной лаборатории «Гран Сассо» содержит тридцать тонн галлия. В советско-американском эксперименте SAGE в Баксанской лаборатории под горой Андырчи на Кавказе используется 60 тонн металлического галлия.

Четвертая установка – Камиоканде – расположена в цинковой шахте Камиока на глубине в километр в Японских Альпах. В ней используется семьсот тонн сверхчистой воды и регистрируются лишь нейтрино высокой энергии – более семи миллионов электронвольт – по черенковскому свету от мюонов или электронов, выбитых из ядер (хлорный метод чувствителен к нейтрино энергичнее восьмисот килоэлектронвольт, а галлиевый позволяет достичь двухсот килоэлектронвольт). Черенковское излучение возникает при движении частицы со скоростью больше скорости света в среде. Аналогичные ударные волны расходятся от самолета, летящего быстрее звука. В отличие от радиохимических экспериментов, Камиоканде измеряет направление пришедшей частицы и ее энергию.

Все четыре эксперимента регистрировали меньше нейтрино от Солнца, чем должно быть по предсказаниям Стандартной модели. Единственная возможность объяснить этот дефицит – предположить, что у нейтрино есть совсем крошечная масса порядка трех тысячных электрон вольта. Если это так, то они могут превращаться в нейтрино другого сорта, что строго-настрого запрещено им в Стандартной модели, где его масса нулевая. Это превращение (называемое на научном языке осцилляциями ) приводит к тому, что до Земли долетает меньше электронных нейтрино, что и чувствуют установки.

Распределение космических лучей высоких энергий

В апреле 1996 года заработала еще одна японская установка – Суперкамиоканде, которая содержит уже более двадцати тысяч тонн сверхчистой воды. За несколько месяцев работы она зарегистрировала больше нейтринных событий, чем все остальные приборы за двадцать пять лет наблюдений, и именно с ее помощью в прошлом году была обнаружена масса нейтрино и разрешена загадка дефицита солнечных частиц.

В начале 1997 года была пушена установка в никелевой шахте на глубине более двух километров в провинции Онтарио. В ней уже используется тяжелая вода, которая дает возможность различать разные сорта нейтрино. Под ударами различных нейтрино ядро дейтерия, входяшее в состав тяжелой воды, разваливается на разные части. Установка должна просто пересчитывать все сорта нейтрино.

Три новых детектора запускаются и в тоннеле Гран Сассо. В общем, видно, что нейтринная астрономия из экзотического хобби немногих чудаков превращается в мощную отрасль науки.

Следуя за традиционной астрономией, работающей в очень широком диапазоне длин волн – от метровых радиоволн до гамма-лучей в миллионную долю микрона, – нейтринная астрономия стремится расширить спектр энергий, ще ведется наблюдение.

Современные нейтринные телескопы ставят своей целью покрыть как можно большую площадь своими детекторами. Два из них уже начали работать. Это «Байкал» – в нашем сибирском озере и AMANDA – на Южном полюсе. Третий детектор – NESTOR – будет размешен в Средиземном море, неподалеку от Греции.

Нейтрино в небесах могут рождаться, как и обычные космические лучи, при столкновении быстрых частиц. Но могут они возникать в центрах коллапсирующих звезд или центрах галактик, а оттуда никому, кроме них, выбраться не суждено. Поэтому с помощью нейтринных телескопов планируется изучать все возможные источники этих частиц, но все же главная их задача – готовность к чему-то неожиданному. К примеру, их «старшие братья», детекторы гамма- лучей, были построены для слежения за Луной и Солнцем, а увидели новое небо с неизвестными источниками гамма-лучей – горячими нейтронными звездами, квазарами и черными дырами. Оптимисты полагают, что нейтринные телескопы имеют хорошие шансы обнаружить источники суперэнергичных космических лучей, продвинуть поиски холодного темного вещества и понять суть загадочных гамма-вспышек.

Нейтринная астрономия поистине вступает в героическую эпоху. За первыми открытиями следует период кропотливых планомерных исследований. Похоже, что самая неуловимая частичка хранит ключи от многих тайн природы и наступивший век может стать веком нейтринной астрономии.

А теперь – о космических лучах. Оказывается, и с ними не все ясно. Мировой рекорд энергии для частиц вещества держит один протон с энергией четыреста тысяч миллиардов электронвольт, залетевший когда-то в атмосферу Земли. Но из косвенных данных мы знаем, что Землю ежеминутно бомбардируют частицы с энергией в миллионы раз больше. Откуда они берутся и как получают энергию, до сих пор остается загадкой, хотя ученые бьются над этой проблемой полвека.