2000 №2

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 v_e, вместе с положительным мюоном — мюонное нейтрино v_μ, а вместе с положительным тау-мезоном (таоном) — таонное нейтрино v_τ. 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 + р —> D + е⁺ + v.