Время жизни протона сейчас оценено. Оно, во всяком случае, больше чем 10 в тридцать второй лет.
В.Л. Это оценено экспериментально, но теоретики очень этим недовольны.
С. Г. Но оно может быть и 10 в 38-ой лет. Если это так, то опыт - совершенно нереален.
В.Л. Когда-то Салам на конференции в Токио в своем заключительном саммари заявил, что если время жизни протона будет больше 10 в сорок второй, тогда это будет интересно для теоретиков. Но он вычеркнул эту фразу потом в письменном варианте своего доклада. Это фантастика, конечно.
С.Г. Но для этого есть некоторые теоретические основания. Современные теории электрослабого взаимодействия, взаимодействия кварков - их называют «калибровочными теориями» - основаны на том, что поля вызываются сохраняющимися зарядами. Эти поля, как, например, электромагнитное поле, - безмассовые. Поле нейтринное, поле барионное, не вызывает безмассовых полей, нет дальнодействующих сил, так что есть опять же экспериментальные ограничения. Отсюда можно вывести предположение, что эти величины - сорт нейтрино и барионное число - не сохраняются.
А если не сохраняется барионное число, то это ключ к объяснению барионной асимметрии Вселенной. Эту гипотезу высказал впервые Андрей Дмитриевич Сахаров в 67-ом году. Здесь играет очень большую роль, во-первых, возможность распада барионов, скажем, протонов или антипротонов, а также некое отклонение от симметрии, которое называется комбинированная четность, и кинетика. Так вот с осцилляцией нейтрино может быть связано объяснение, почему во Вселенной нет антивещества, а только вещество, хотя в самые ранние миллисекунды расширения антипротонов и протонов было почти одинаковое количество.
А.Г. Вернемся к вашему эксперименту все-таки.
В.Л. Прежде всего я хотел бы показать, в чем состоит идея. На этой картинке показана форма бета-спектра. На самом краю форма определяется спектром нейтрино, потому что электрон уносит практически всю энергию, на долю нейтрино остается очень немного. И это как раз то место, где у нейтрино маленькая энергия, и поэтому чувствительность эксперимента к массе - наибольшая.
Здесь показано, какой эффект вызывает наличие массы. Если масса всего лишь 10 электрон-вольт, то тогда количество электронов в этой заштрихованной области составляет примерно 10 в минус десятой от полной интенсивности этого бета-спектра. Если масса - один электрон-вольт, то это 10 в минус тринадцатой. То есть приходится выделить фантастически маленькую долю всего бета-спектра, не повредив, так сказать, при этом ее формы. Для этого как раз удобнее всего бета-распад трития.
Здесь два рисунка. На правом рисунке показана маленькая область кубика и то, как все выглядит, если увеличить все почти в 2000 раз. Таким образом, нахождение провала на этом кусочке и является задачей эксперимента. Для этого надо построить соответствующий спектрометр. А со спектрометрами очень долгая история. Можно первый рисунок? Здесь очень интересная зависимость. Это чувствительность экспериментов к массе нейтрино в зависимости от времени. И, как видите, в логарифмическом масштабе - это прямая линия. Оказывается, что в тех экспериментах, которые длятся примерно 30-50 лет, улучшение качества эксперимента происходит экспоненциально. То есть можно даже предсказать, где будет следующая точка, и, как ни странно, это почти всегда выполняется, правда, с точностью плюс-минус единица.
С.Г. Кстати сказать, на этом рисунке вы видите, что в ИТЭФ вроде бы даже и обнаружили массу.
В.Л. Об этом в двух словах. В 80-м году был большой шум, потому что группа из Института теоретической и экспериментальной физики объявила, что она видит в бета-распаде трития отклонения от разрешенной формы, которые свидетельствуют, что масса нейтрино - 30 электрон-вольт.
С.Г. Или 18 электрон-вольт.
В.Л. Нет, 30 электрон-вольт, 29 плюс-минус два. Это было железное заявление. Это вызвало очень большой шум, потому что это, во-первых, объясняло наличие темной материи…
С.Г. И образование галактик.
В.Л. Да, на все массы хватало. И эксперимент, надо сказать, был очень квалифицированный. И спектрометр Третьякова -великолепный спектрометр для того времени. И тем не менее…
А.Г. Ошиблись на порядок.
В.Л. Да, ошиблись на порядок. Переоценили чувствительность своей установки.
С.Г. Ну и в обработке данных там было не все гладко…
В.Л. Конечно, тут же люди бросились это дело перемерять. На подготовку такого эксперимента ушло 10 лет. И первые эксперименты были сделаны уже только в 90-ом году. Они показали, что все-таки ИТЭФ не прав.
С.Г. Здесь я хочу сказать о пользе, которая иногда бывает от ошибки. Когда была эта ошибка, все бросились проверять, по-моему, 15 лабораторий.
В.Л. 20 лабораторий.
С.Г. Так что иногда ошибки бывают полезными.
В.Л. И вот в 90-ом году только начали вступать в строй установки с границей порядка 100 квадратных электрон-вольт. Надо сказать, что масса меряется в квадратных электрон-вольтах, она получается из спектра. И видно, как масса уточнялась в течение нескольких лет. Но более серьезное уточнение началось только с 94-го года, когда появился наш первый результат.
В чем состоит наш эксперимент, может быть, два слова. Понимаю, времени для этого мало. Пожалуйста, пятый рисунок. Здесь показан спектрометр и источник. Это целая система, которая была создана и дала результаты, показанные на предыдущем рисунке. Слева находится сверхпроводящая труба с полем от 1 до 5 Тесла, в котором электроны движутся адиабатически, то есть вдоль магнитных силовых линий. Тритий инжектируется в центр самой левой трубы, магнитное поле уводит электроны, а тритий по обоим концам этой трубы откачивается диффузионными насосами и снова поступает в трубу так, что образуется циркуляция. Образуется облако трития с постоянной плотностью, которая испускает электроны, которые можно уже мерить и быть уверенным, что искажение спектра определяется только взаимодействием электрона с тритием - а это минимальное искажение.
Чтобы использовать все возможности такого источника пришлось, собственно, придумать такой спектрометр, в котором измерение происходит интегральным способом, то есть пропускаются электроны с энергией выше потенциала цилиндрического электрода в центре спектрометра… Ну, я не буду рассказывать подробности, но важно, что такой спектрометр позволяет получить разрешение сразу в несколько электрон-вольт и добраться до крайней точки бета-спектра, на минимальные расстояния от конца.
С.Г. Поскольку я в восторге от эксперимента, то кое-что добавлю. Понимаете, он работает в области 10 минус в одиннадцатой. Чтобы ему не мешал остальной фон, он отсекается электрическим полем. Он ставит поле на 18 с половиной, скажем, или больше электрон-вольт и электроны с меньшей энергией в детектор не попадают.
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. Это оценено экспериментально, но теоретики очень этим недовольны.
С. Г. Но оно может быть и 10 в 38-ой лет. Если это так, то опыт - совершенно нереален.
В.Л. Когда-то Салам на конференции в Токио в своем заключительном саммари заявил, что если время жизни протона будет больше 10 в сорок второй, тогда это будет интересно для теоретиков. Но он вычеркнул эту фразу потом в письменном варианте своего доклада. Это фантастика, конечно.
С.Г. Но для этого есть некоторые теоретические основания. Современные теории электрослабого взаимодействия, взаимодействия кварков - их называют «калибровочными теориями» - основаны на том, что поля вызываются сохраняющимися зарядами. Эти поля, как, например, электромагнитное поле, - безмассовые. Поле нейтринное, поле барионное, не вызывает безмассовых полей, нет дальнодействующих сил, так что есть опять же экспериментальные ограничения. Отсюда можно вывести предположение, что эти величины - сорт нейтрино и барионное число - не сохраняются.
А если не сохраняется барионное число, то это ключ к объяснению барионной асимметрии Вселенной. Эту гипотезу высказал впервые Андрей Дмитриевич Сахаров в 67-ом году. Здесь играет очень большую роль, во-первых, возможность распада барионов, скажем, протонов или антипротонов, а также некое отклонение от симметрии, которое называется комбинированная четность, и кинетика. Так вот с осцилляцией нейтрино может быть связано объяснение, почему во Вселенной нет антивещества, а только вещество, хотя в самые ранние миллисекунды расширения антипротонов и протонов было почти одинаковое количество.
А.Г. Вернемся к вашему эксперименту все-таки.
В.Л. Прежде всего я хотел бы показать, в чем состоит идея. На этой картинке показана форма бета-спектра. На самом краю форма определяется спектром нейтрино, потому что электрон уносит практически всю энергию, на долю нейтрино остается очень немного. И это как раз то место, где у нейтрино маленькая энергия, и поэтому чувствительность эксперимента к массе - наибольшая.
Здесь показано, какой эффект вызывает наличие массы. Если масса всего лишь 10 электрон-вольт, то тогда количество электронов в этой заштрихованной области составляет примерно 10 в минус десятой от полной интенсивности этого бета-спектра. Если масса - один электрон-вольт, то это 10 в минус тринадцатой. То есть приходится выделить фантастически маленькую долю всего бета-спектра, не повредив, так сказать, при этом ее формы. Для этого как раз удобнее всего бета-распад трития.
Здесь два рисунка. На правом рисунке показана маленькая область кубика и то, как все выглядит, если увеличить все почти в 2000 раз. Таким образом, нахождение провала на этом кусочке и является задачей эксперимента. Для этого надо построить соответствующий спектрометр. А со спектрометрами очень долгая история. Можно первый рисунок? Здесь очень интересная зависимость. Это чувствительность экспериментов к массе нейтрино в зависимости от времени. И, как видите, в логарифмическом масштабе - это прямая линия. Оказывается, что в тех экспериментах, которые длятся примерно 30-50 лет, улучшение качества эксперимента происходит экспоненциально. То есть можно даже предсказать, где будет следующая точка, и, как ни странно, это почти всегда выполняется, правда, с точностью плюс-минус единица.
С.Г. Кстати сказать, на этом рисунке вы видите, что в ИТЭФ вроде бы даже и обнаружили массу.
В.Л. Об этом в двух словах. В 80-м году был большой шум, потому что группа из Института теоретической и экспериментальной физики объявила, что она видит в бета-распаде трития отклонения от разрешенной формы, которые свидетельствуют, что масса нейтрино - 30 электрон-вольт.
С.Г. Или 18 электрон-вольт.
В.Л. Нет, 30 электрон-вольт, 29 плюс-минус два. Это было железное заявление. Это вызвало очень большой шум, потому что это, во-первых, объясняло наличие темной материи…
С.Г. И образование галактик.
В.Л. Да, на все массы хватало. И эксперимент, надо сказать, был очень квалифицированный. И спектрометр Третьякова -великолепный спектрометр для того времени. И тем не менее…
А.Г. Ошиблись на порядок.
В.Л. Да, ошиблись на порядок. Переоценили чувствительность своей установки.
С.Г. Ну и в обработке данных там было не все гладко…
В.Л. Конечно, тут же люди бросились это дело перемерять. На подготовку такого эксперимента ушло 10 лет. И первые эксперименты были сделаны уже только в 90-ом году. Они показали, что все-таки ИТЭФ не прав.
С.Г. Здесь я хочу сказать о пользе, которая иногда бывает от ошибки. Когда была эта ошибка, все бросились проверять, по-моему, 15 лабораторий.
В.Л. 20 лабораторий.
С.Г. Так что иногда ошибки бывают полезными.
В.Л. И вот в 90-ом году только начали вступать в строй установки с границей порядка 100 квадратных электрон-вольт. Надо сказать, что масса меряется в квадратных электрон-вольтах, она получается из спектра. И видно, как масса уточнялась в течение нескольких лет. Но более серьезное уточнение началось только с 94-го года, когда появился наш первый результат.
В чем состоит наш эксперимент, может быть, два слова. Понимаю, времени для этого мало. Пожалуйста, пятый рисунок. Здесь показан спектрометр и источник. Это целая система, которая была создана и дала результаты, показанные на предыдущем рисунке. Слева находится сверхпроводящая труба с полем от 1 до 5 Тесла, в котором электроны движутся адиабатически, то есть вдоль магнитных силовых линий. Тритий инжектируется в центр самой левой трубы, магнитное поле уводит электроны, а тритий по обоим концам этой трубы откачивается диффузионными насосами и снова поступает в трубу так, что образуется циркуляция. Образуется облако трития с постоянной плотностью, которая испускает электроны, которые можно уже мерить и быть уверенным, что искажение спектра определяется только взаимодействием электрона с тритием - а это минимальное искажение.
Чтобы использовать все возможности такого источника пришлось, собственно, придумать такой спектрометр, в котором измерение происходит интегральным способом, то есть пропускаются электроны с энергией выше потенциала цилиндрического электрода в центре спектрометра… Ну, я не буду рассказывать подробности, но важно, что такой спектрометр позволяет получить разрешение сразу в несколько электрон-вольт и добраться до крайней точки бета-спектра, на минимальные расстояния от конца.
С.Г. Поскольку я в восторге от эксперимента, то кое-что добавлю. Понимаете, он работает в области 10 минус в одиннадцатой. Чтобы ему не мешал остальной фон, он отсекается электрическим полем. Он ставит поле на 18 с половиной, скажем, или больше электрон-вольт и электроны с меньшей энергией в детектор не попадают.
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