Загадки микромира

Теоретики пытаются ответить на эти вопросы, предполагая, что существуют какие-то взаимодействия, специфические для той или другой частицы. Задача экспериментаторов — найти различие в поведении мюонов и электронов. На ускорителях никакой разницы обнаружить не удалось. Может быть, она проявляется только при очень высоких энергиях?

На высокогорных научных станциях мира внимательно изучают рождение мю-мезонов космическими протонами огромных энергий. А на дне глубоких шахт ученые измеряют угловое распределение мезонов, образующихся в атмосфере.

В последнее время в этих экспериментах получены результаты, отличные от тех, что дают теоретические расчеты. Результаты эти стали предметом оживленных дискуссий.

«Ложка» для Солнца

Однажды в старой заброшенной шахте в штате Южная Дакота, в США, опять появились люди. Они не были похожи на шахтеров, и привела их туда не проблема восстановления заброшенных рудников и не поиски полезных ископаемых. В 1968 году Р. Дэвис с группой сотрудников на глубине полутора тысяч метров собрал первый «телескоп» для получения информации о… Солнце.

Телескоп под землей? Но ведь такие приборы располагают обычно в горах, где атмосфера более прозрачна. Наконец, для избежания оптических помех их поднимают на аэростатах почти до границы земной атмосферы или на спутниках в космическое пространство.

Новый прибор Р. Дэвиса — совершенно необычный телескоп. Это огромный цилиндрический бак шести метров в диаметре и пятнадцати метров длиной. Он заполнен тетрахлорэтиленом — жидкостью, содержащей хлор. У прибора нет линз и всего того, что обычно ассоциируется с понятием оптического телескопа. Но с помощью обычного телескопа и невозможно заглянуть в глубинные слои Солнца.

Фотоны возникают в центральной части нашего светила, которая занимает всего лишь одну миллионную долю объема Солнца. Поэтому фотонам надо преодолеть огромную массу вещества, чтобы выбраться на поверхность. Конечно, они быстро погибают при первых же взаимодействиях, рождая другие фотоны с меньшей энергией. Через миллионы лет изнутри до поверхности Солнца добираются далекие потомки первичных частиц, которые уже ничего не «помнят» о своем происхождении.

Сколько ни смотри на поверхность супа, ни за что не догадаться, густой он или жидкий. Для этого надо помешать суп ложкой. Не имея градусника, невозможно определить и его температуру. Ученые, изучающие Солнце оптическими методами, находятся в такой же ситуации. Они могут исследовать солнечный свет, образующийся в основном на поверхности, но не имеют ни «ложки», ни «термометра» для получения сведений о его ядре.

А вопросов накопилось много. До сих пор лишь в общих чертах известно, что происходит в центральной части Солнца. Еще в 1920 году А. Эддингтон выдвинул гипотезу, что Солнце черпает энергию из термоядерных реакций, при которых легкие элементы превращаются в более тяжелые. Но как найти подтверждение этой гипотезы? Как узнать, какие именно ядерные и термоядерные реакции там протекают? Какую температуру и плотность имеет сердцевина Солнца? Можно только догадываться, что ядро нашего светила значительно плотнее свинца и раскалено до 15 миллионов градусов.

Вопросы остались бы без ответа, если бы не нейтрино. Для просвечивания Солнца как раз и нужна была именно такая частица со «скверным», «необщительным» характером, обладающая из-за этого необычайной проникающей способностью. Нейтрино рождаются в центре Солнца, когда водород превращается в гелий и выделяется огромное количество энергии. Часть этой энергии расходуется на освещение и отопление нашей планетной системы.

Если представления ученых об источнике энергии Солнца правильны, то, значит, Земля постоянно принимает настоящий «душ Шарко» из солнечных нейтрино. Сто миллиардов этих частиц должно ежесекундно падать на каждый квадратный сантиметр ее поверхности!

Но самое главное не в этом колоссальном числе. Главное в том, что нейтрино, родившись в центре Солнца, разлетаются во все стороны, даже не замечая громадной солнечной массы, сквозь которую они движутся. Достигают Земли они в «первозданном виде», принося с собой не только 10 процентов всей излучаемой Солнцем энергии, но и ценнейшие сведения о его ядре.

Удивительная ситуация: солнечный свет не дает ученым ответа на мучающие их вопросы, и в то же время необходимая информация буквально носится в воздухе в виде солнечных нейтрино. Если бы удалось измерить интенсивность и энергию нейтрино, то ученые получили бы в свои руки одновременно и «ложку» и «термометр» для определения температуры и плотности сердцевины Солнца.

Вот такой нейтринный телескоп для изучения Солнца и собрали американские ученые глубоко под землей. Полуторакилометровый слой породы отлично защищал прибор от космических лучей и содержащихся в них мешающих ученым мю-мезонов. И в то же время не создавал никаких помех для «разглядывания» Солнца с помощью нейтрино.