Охотники за нейтрино

К началу 1980-х эксперимент на руднике Хоумстейк уже исчерпал кредит доверия в умах большинства физиков. Результаты, полученные Дэвисом, больше не обсуждались. Было очевидно, что он проделал титаническую работу, чтобы понять и максимально усовершенствовать свой аппарат, но досадные расхождения никуда не исчезли. Бакал и Дэвис писали: «Нам казалось удивительным и, пожалуй, более чем удручающим, что с момента выхода наших [первых] статей на эту тему [вышедших в 1968 г.] мы не наблюдаем никаких существенных изменений в наблюдениях, а также не можем доработать стандартную теорию, несмотря на 12-летний труд и постоянную перепроверку деталей, которые мы всеми силами пытались уточнить». Тем не менее на тот момент только Дэвису удалось поймать этих призрачных солнечных посланцев, а кроме него почти никто не горел желанием углубляться в исследование проблемы, которая, казалось бы, зашла в тупик. Наиболее точно ситуацию резюмировал Бакал: «Все специалисты, систематически занимающиеся исследованием солнечных нейтрино, – как теоретики, так и практики – могли свободно разместиться на переднем сиденье машины Рэя – и часто так и делали». Несоответствие между теоретическими прогнозами и количеством наблюдаемых солнечных нейтрино сохранялось, позже эта проблема была охарактеризована в газете The New York Times как «одна из самых удручающих неудач науки XX в.».

Большинство ученых возлагали вину за такое несоответствие на астрономов. Считалось, что проблема заключается в бакаловской модели солнечных недр. Но к концу 1980-х Бакал нашел новый повод для оптимизма. Зарождалась научная дисциплина – геосейсмология. Первые исследования в этой области были посвящены изучению вибрации Солнца, и они хорошо коррелировали с теоретическими прогнозами модели Бакала. Он, в свою очередь, почувствовал себя оправданным и объявил, что теперь очередь астрономов праздновать победу. Данные геосейсмологии свидетельствовали о корректности теоретической модели, а значит, корень проблемы с дефицитом наблюдаемых нейтрино заключался в чем-то другом. Многие физики критиковали этот вывод. Докладчик, подводивший итоги одной научной конференции, просто высмеял Бакала, продемонстрировав слайды с едкими карикатурами. Присутствовавший при этом Джон вспоминал: «Он заставил всю аудиторию, включая меня, смеяться над бравадой и гордыней того парня, который не постеснялся рассуждать о физике частиц, опираясь на свою мудреную солнечную модель». После такого прилюдного унижения Бакал стал гораздо осторожнее делиться своими выводами.

Тем временем в середине 1980-х на другом конце света разворачивался новый эксперимент, связанный с охотой на солнечные нейтрино. Работы велись в шахте Камиока, расположенной примерно в 150 км к западу от Токио. Установленный там детектор изначально проектировался для другой цели: он был призван проверить, могут ли распадаться протоны, поэтому эксперимент получил название Kamiokande[25]. В данном эксперименте были воплощены идеи ученого по имени Масатоси Косиба, вернувшегося на родину после нескольких лет работы в США. Косиба с коллегами хотел проверить основной теоретический прогноз так называемых «теорий большого объединения».

Эти теории, называемые в обиходе аббревиатурой ТБО, были призваны выстроить единый контекст для описания трех из четырех фундаментальных взаимодействий, существующих в природе. Теоретики предполагали, что, хотя в современной Вселенной электромагнитное, слабое и сильное взаимодействие значительно отличаются друг от друга, непосредственно после Большого взрыва все они действовали как единая однородная сила. Если допустить, что такие теории верны, то в соответствии с подобной картиной мира протоны должны спонтанно распадаться на более легкие элементарные частицы, но такой «период полураспада» протона должен быть крайне велик. Косиба сознавал, что даже если среднее время жизни протона значительно превышает возраст Вселенной, то каждый год он все равно смог бы фиксировать несколько актов распада – при условии, что удастся отслеживать состояние колоссального количества протонов. Поэтому он убедил коллег сконструировать детектор Kamiokande. Эта установка представляла собой резервуар, содержащий 3000 т чистой воды. В стенках изнутри резервуара встроены тысячи ФЭУ. Правда, этот детектор не дал никаких доказательств в пользу распада протонов.