Он тогда был примерно в тысячу раз, скажем, меньше, чем масса электрона. Сейчас эта цифра опять уменьшена, до 20 электрон-вольт… Но ваш вопрос совершенно правильный. Потому что из этих соображений мы и оценили в свое время верхнюю границу. Но… оказалось, что существует три типа нейтрино. Массу электронного нейтрино Владимир Михайлович с рекордной точностью ограничил верхним пределом - два электрон-вольт сейчас, да?
В.Л. Да.
С.Г. То лабораторные эксперименты для мюонного нейтрино дают верхнюю границу в 300 килоэлектрон-вольт, это почти 160 масс электрона. А для так называемого тау-нейтрино прямые эксперименты дают массу 15 миллионов электрон-вольт. То есть в 30 раз больше. Это прямые солнечные эксперименты. А вот из космологических данных на все эти массы можно было дать меньший верхний предел. Но в принципе, этот предел позволял бы, как говорит Владимир Михайлович, соорудить, так сказать, галактики, скопление галактик и так далее.
В.Л. А также звезды, планеты и человека…
С.Г. Но благодаря экспериментам последних лет, которые произвел Владимир Михайлович, оказалось, что так, к сожалению, не получается. Не из-за нейтрино образовались скопления галактик и так далее.
А.Г. То есть, нейтрино играли роль в образовании структуры Вселенной, но не только они.
С. Г. Они маленькую роль играли, скорее всего.
Я хотел пояснить вот какую вещь. Почему реально было зарегистрировать нейтрино? Почему в этом сомневались, и почему все-таки это удалось? Оказывается, нейтрино с реакторной энергией или то, что от Солнца идет, может пролететь десять в двадцатой сантиметров в плотном веществе, в чугуне, это в 10 миллионов раз больше, чем расстояние от Солнца до Земли. И только на этом расстоянии есть вероятность, близкая к двум третьим, что оно вызовет какую-то реакцию.
В чем заключалась идея Бруно Понтекорво о возможности регистрации нейтрино? Представьте, что у вас есть кубический метр вещества. Если одно нейтрино пролетает метр, а длина его среднего пробега десять в двадцатой, то вероятность, что оно на этом пути вызовет реакцию - десять минус в восемнадцатой. Это ничтожное число. Теперь представьте, что этот куб стоит около реактора. Реактор испускает на расстоянии 10 метров - это Владимир Михайлович хорошо знает…
В.Л. Десять в тринадцатой…
С.Г. Десять в тринадцатой нейтрино на сантиметр квадратный в секунду. Площадь у вас метр на метр, 10 в четвертой, значит, падает 10 в семнадцатой нейтрино в секунду. А вероятность зарегистрировать для одного - десять минус в восемнадцатой. Вы получаете в секунду одну десятую события. За 10 секунд - событие. Я говорю об идеализированном случае, потому что - и об этом, я думаю, Владимир Михайлович будет говорить, - серьезные физики тратят больше времени на различные контрольные эксперименты, чем на открытие.
А число нейтрино от реактора легко сосчитать. Возьмем Чернобыльский миллионник, реактор в миллион киловатт. Вы можете сказать, сколько делений происходит, чтобы дать миллион киловатт электрической мощности, это три миллиона тепловой мощности.
В.Л. Можно прямо сказать, сколько бета-частиц там образуется.
С.Г. Конечно. Десять в двадцатой в секунду делится на 4?R2, получается десять в тринадцатой. Так же можно сказать, сколько нейтрино идет от Солнца. В школах говорят о солнечной постоянной - две калории в минуту на квадратный сантиметр. Для того чтобы поддерживать такую светимость Солнца, нужно определенное число реакций. Путем несложных вычислений вы получите шесть на десять в десятой нейтрино в секунду на квадратный сантиметр. Вот мы сидим, а на каждый квадратный сантиметр нашего тела падают 60 миллиардов солнечных нейтрино.
А.Г. И экранировать это невозможно.
В.Л. Невозможно. Можно представить масштабы нейтринного присутствия во Вселенной по взрыву сверхновой. Например, если бы нейтрино, испускаемые при взрыве SN-87 в Магелановом облаке, обладали достаточно сильными взаимодействиями, то энергия, которая выделилась в Солнечной системе, была бы джоуль на квадратный сантиметр. Достаточно вспомнить, что при взрыве небольшого термоядерного заряда такая энергия выделяется примерно на квадратном километре. То есть, все бы было сметено.
А.Г. То есть если бы они обладали зарядом…
В.Л. Да, зарядом или каким-нибудь видом взаимодействия, большим, чем слабое взаимодействие.
С.Г. Кстати сказать, сверхновая 87-го года разорвалась сравнительно близко от нас.
В.Л. 180 тысяч световых лет…
С.Г. Однако, три установки, в том числе российская на Баксане, зарегистрировали импульс нейтрино, скоррелированный со вспышкой этой сверхновой.
В.Л. Правда, к сожалению, американский эксперимент IBM и японский «Камиоканде» сделали это более отчетливо. А так, это была бы большая претензия на Нобелевскую премию.
С.Г. За работы на «Камиоканде» и дали Нобелевскую премию 2002 года, в том числе за регистрацию нейтрино.
А.Г. Хорошо, так все-таки, почему нейтрино поведет нас дальше? Вот это я пытаюсь понять.
В.Л. Сейчас я попытаюсь два слова, может быть, добавить, почему нейтрино поведет нас дальше. Мне кажется, потому что оно имеет очень маленькую массу.
С.Г. Это, во-первых.
В.Л. И это выделяет ее из всех других частиц. Правда, фотон не имеет вообще массы, но это специфический случай. А вот фермион, то есть частица с полуцелым спином, как у нейтрино, не имеющая массы или очень маленькую массу, она должна быть объяснена. И это объяснение, по-видимому, на сегодня отсутствует.
С.Г. Но с другой стороны, сейчас существуют эксперименты, можно будет о них сказать, которые доказывают, что, тем не менее, маленькая масса существует.
В.Л. Маленькая масса есть. Это было обнаружено экспериментом, где нейтрино после своего рождения меняло свое квантовое число. Скажем, с электронного на мюонное или с мюонного на тау-нейтрино. Это процесс, который называется осцилляцией.
А.Г. И он характерен только для частицы с массой.
В.Л. Да. Если осцилляция существует, то масса обязательно должна быть хотя бы у одной частицы. То есть, несомненно, что нейтрино имеет массу. Но в экспериментах с осцилляцией выяснилось, что одновременно глубина этих осцилляций достигает почти 100 процентов. А это означает, что нейтрино с разными квантовыми числами идентичны. То есть все три нейтрино, по-видимому, имеют одну близкую друг к другу массу.
А.Г. Несмотря на разное происхождение.
В.Л. Да, несмотря на разное происхождение.
С.Г. Очень близкую, а так как имеется ограничение Лобашова на массу электронного нейтрино, то значит, и тау-нейтрино, и мюонные нейтрино имеют массу не больше двух-трех электрон-вольт, и поэтому в создании галактик они не играют роли, по-видимому.
Но я хочу сказать еще, куда все это ведет. Силы, которые вызывают переход одного типа нейтрино в другой, могут быть сродни силам, которые приводят к распаду протона - стабильной частицы.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60
В.Л. Да.
С.Г. То лабораторные эксперименты для мюонного нейтрино дают верхнюю границу в 300 килоэлектрон-вольт, это почти 160 масс электрона. А для так называемого тау-нейтрино прямые эксперименты дают массу 15 миллионов электрон-вольт. То есть в 30 раз больше. Это прямые солнечные эксперименты. А вот из космологических данных на все эти массы можно было дать меньший верхний предел. Но в принципе, этот предел позволял бы, как говорит Владимир Михайлович, соорудить, так сказать, галактики, скопление галактик и так далее.
В.Л. А также звезды, планеты и человека…
С.Г. Но благодаря экспериментам последних лет, которые произвел Владимир Михайлович, оказалось, что так, к сожалению, не получается. Не из-за нейтрино образовались скопления галактик и так далее.
А.Г. То есть, нейтрино играли роль в образовании структуры Вселенной, но не только они.
С. Г. Они маленькую роль играли, скорее всего.
Я хотел пояснить вот какую вещь. Почему реально было зарегистрировать нейтрино? Почему в этом сомневались, и почему все-таки это удалось? Оказывается, нейтрино с реакторной энергией или то, что от Солнца идет, может пролететь десять в двадцатой сантиметров в плотном веществе, в чугуне, это в 10 миллионов раз больше, чем расстояние от Солнца до Земли. И только на этом расстоянии есть вероятность, близкая к двум третьим, что оно вызовет какую-то реакцию.
В чем заключалась идея Бруно Понтекорво о возможности регистрации нейтрино? Представьте, что у вас есть кубический метр вещества. Если одно нейтрино пролетает метр, а длина его среднего пробега десять в двадцатой, то вероятность, что оно на этом пути вызовет реакцию - десять минус в восемнадцатой. Это ничтожное число. Теперь представьте, что этот куб стоит около реактора. Реактор испускает на расстоянии 10 метров - это Владимир Михайлович хорошо знает…
В.Л. Десять в тринадцатой…
С.Г. Десять в тринадцатой нейтрино на сантиметр квадратный в секунду. Площадь у вас метр на метр, 10 в четвертой, значит, падает 10 в семнадцатой нейтрино в секунду. А вероятность зарегистрировать для одного - десять минус в восемнадцатой. Вы получаете в секунду одну десятую события. За 10 секунд - событие. Я говорю об идеализированном случае, потому что - и об этом, я думаю, Владимир Михайлович будет говорить, - серьезные физики тратят больше времени на различные контрольные эксперименты, чем на открытие.
А число нейтрино от реактора легко сосчитать. Возьмем Чернобыльский миллионник, реактор в миллион киловатт. Вы можете сказать, сколько делений происходит, чтобы дать миллион киловатт электрической мощности, это три миллиона тепловой мощности.
В.Л. Можно прямо сказать, сколько бета-частиц там образуется.
С.Г. Конечно. Десять в двадцатой в секунду делится на 4?R2, получается десять в тринадцатой. Так же можно сказать, сколько нейтрино идет от Солнца. В школах говорят о солнечной постоянной - две калории в минуту на квадратный сантиметр. Для того чтобы поддерживать такую светимость Солнца, нужно определенное число реакций. Путем несложных вычислений вы получите шесть на десять в десятой нейтрино в секунду на квадратный сантиметр. Вот мы сидим, а на каждый квадратный сантиметр нашего тела падают 60 миллиардов солнечных нейтрино.
А.Г. И экранировать это невозможно.
В.Л. Невозможно. Можно представить масштабы нейтринного присутствия во Вселенной по взрыву сверхновой. Например, если бы нейтрино, испускаемые при взрыве SN-87 в Магелановом облаке, обладали достаточно сильными взаимодействиями, то энергия, которая выделилась в Солнечной системе, была бы джоуль на квадратный сантиметр. Достаточно вспомнить, что при взрыве небольшого термоядерного заряда такая энергия выделяется примерно на квадратном километре. То есть, все бы было сметено.
А.Г. То есть если бы они обладали зарядом…
В.Л. Да, зарядом или каким-нибудь видом взаимодействия, большим, чем слабое взаимодействие.
С.Г. Кстати сказать, сверхновая 87-го года разорвалась сравнительно близко от нас.
В.Л. 180 тысяч световых лет…
С.Г. Однако, три установки, в том числе российская на Баксане, зарегистрировали импульс нейтрино, скоррелированный со вспышкой этой сверхновой.
В.Л. Правда, к сожалению, американский эксперимент IBM и японский «Камиоканде» сделали это более отчетливо. А так, это была бы большая претензия на Нобелевскую премию.
С.Г. За работы на «Камиоканде» и дали Нобелевскую премию 2002 года, в том числе за регистрацию нейтрино.
А.Г. Хорошо, так все-таки, почему нейтрино поведет нас дальше? Вот это я пытаюсь понять.
В.Л. Сейчас я попытаюсь два слова, может быть, добавить, почему нейтрино поведет нас дальше. Мне кажется, потому что оно имеет очень маленькую массу.
С.Г. Это, во-первых.
В.Л. И это выделяет ее из всех других частиц. Правда, фотон не имеет вообще массы, но это специфический случай. А вот фермион, то есть частица с полуцелым спином, как у нейтрино, не имеющая массы или очень маленькую массу, она должна быть объяснена. И это объяснение, по-видимому, на сегодня отсутствует.
С.Г. Но с другой стороны, сейчас существуют эксперименты, можно будет о них сказать, которые доказывают, что, тем не менее, маленькая масса существует.
В.Л. Маленькая масса есть. Это было обнаружено экспериментом, где нейтрино после своего рождения меняло свое квантовое число. Скажем, с электронного на мюонное или с мюонного на тау-нейтрино. Это процесс, который называется осцилляцией.
А.Г. И он характерен только для частицы с массой.
В.Л. Да. Если осцилляция существует, то масса обязательно должна быть хотя бы у одной частицы. То есть, несомненно, что нейтрино имеет массу. Но в экспериментах с осцилляцией выяснилось, что одновременно глубина этих осцилляций достигает почти 100 процентов. А это означает, что нейтрино с разными квантовыми числами идентичны. То есть все три нейтрино, по-видимому, имеют одну близкую друг к другу массу.
А.Г. Несмотря на разное происхождение.
В.Л. Да, несмотря на разное происхождение.
С.Г. Очень близкую, а так как имеется ограничение Лобашова на массу электронного нейтрино, то значит, и тау-нейтрино, и мюонные нейтрино имеют массу не больше двух-трех электрон-вольт, и поэтому в создании галактик они не играют роли, по-видимому.
Но я хочу сказать еще, куда все это ведет. Силы, которые вызывают переход одного типа нейтрино в другой, могут быть сродни силам, которые приводят к распаду протона - стабильной частицы.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60