Лекции о Солнце полностью

Более того, в соответствии с теорией представлялись возможными превращения нейтрино одного сорта в нейтрино других сортов (так называемые осцилляции нейтрино). Эта идея впервые была высказана в 1968 году все тем же Бруно Понтекорво. Один из сортов частиц (так называемые правополяризованные, или стерильные нейтрино) вообще не должны взаимодействовать с веществом! Если предположить, что в процессе движения от центра Солнца до земного детектора часть нейтрино претерпевает осцилляции (превращается, например, в стерильные), то вполне естественно, что количество регистрируемых частиц должно уменьшиться.

Позднее теоретические исследования показали, что если осцилляции нейтрино действительно существуют, то они должны усиливаться при прохождении сквозь вещество (эффект Михеева – Смирнова – Вольфенштейна). При этом, если в потоке появятся так называемые μ-нейтрино и τ-нейтрино, которые должны взаимодействовать с веществом слабее, чем рассматривавшиеся ранее в расчетах электронные нейтрино, то число регистрируемых частиц должно также уменьшиться!

Нужен был контрольный эксперимент.

Открытие было сделано в первом году нового, третьего тысячелетия. Канадская нейтринная обсерватория в Садбери (SNO) поставила точку в долгом споре о проблеме солнечных нейтрино.

Установка SNO – это гигантский резервуар, содержащий 1000 тонн сверхчистой тяжелой воды (вместо двух атомов водорода в молекуле воды присутствуют два атома тяжелого водорода – дейтерия). В установке работают 9456 фотоумножителей, которые фиксируют черенковское излучение от взаимодействия энергичных нейтрино с атомами дейтерия. При этом впервые можно разделить следствия от взаимодействия с различными сортами нейтрино.

Теория предсказывает три возможных типа реакций. В первой участвуют только электронные нейтрино, во второй – нейтрино всех сортов, в третьей – также нейтрино всех сортов, но здесь поток уменьшен в 6,5 раз из-за другого механизма реакции. При этом третья реакция фиксируется одновременно в установках «Садбери» и «Супер-Камиоканде».

Авторы статьи, опубликованной в 2001 году (число авторов приближается к двумстам – сегодняшние открытия в одиночку не делаются!), показали, что результаты наблюдений можно рассматривать как подтверждение осцилляций (превращений) солнечных электронных нейтрино в другие сорта (τ- и μ-). Авторы вузовского учебника «Общая астрофизика», известные московские астрофизики А. В. Засов и К. А. Постнов указывают, что эти данные лучше всего соответствуют предсказываемому теорией случаю полного смешения нейтрино при распространении в веществе (уже упоминавшийся эффект Михеева – Смирнова – Вольфенштейна).

Осцилляции электронных нейтрино в стерильные также не исключены, но уже ясно, что доля электронных нейтрино, осциллирующих в стерильное состояние, не превышает 30 %.

Впереди еще много работы, связанной с уточнением поведения нейтрино, изучением свойств этих во многом еще загадочных частиц. Много надежд возлагается на уникальный современный проект IсeCube – ледяной куб на Южном полюсе. Проект реализован специалистами из США совместно с коллегами из Бельгии, Германии, Швеции и Японии. Здесь в качестве рабочего вещества используется лед! С помощью бурильной установки, использующей обычный кипяток, в ледяном щите Антарктиды проплавлены глубокие каналы, в которые опущены оптические датчики, способные регистрировать вспышки в ледяной толще. Каналы были залиты быстро замерзающей на антарктическом холоде водой, и датчики вмерзли в лед. Общие размеры ледяного детектора впечатляют – кубический километр…

Столкновения нейтрино с молекулами воды должны приводить к выделению частиц под названием мюоны. Это приводит к вспышкам света, которые и регистрируются датчиками. Антарктический детектор рассчитан на исследование высокоэнергичных нейтрино, порождаемых термоядерными реакциями значительно большей мощности, чем в недрах Солнца: во время взрывов сверхновых, столкновений черных дыр и нейтронных звезд. Этот проект дает много новой информации о сущности нейтрино.

Итак, хотя в физике нейтрино остается еще много неясного, уже сейчас можно уверенно сказать, что проблема солнечных нейтрино наконец успешно решена. Стало понятно, чем обусловлено расхождение между теоретическими расчетами и результатами наблюдений. Теорию, как всегда в таких случаях, пришлось усовершенствовать. Но модернизировать пришлось теорию нейтрино, а не теорию термоядерного синтеза в недрах звезд! В 2002 году создатель первого хлор-аргонного нейтринного детектора Дэвис и один из создателей водного детектора «Супер-Камиоканде» японский физик Масатоси Кошиба (род. 1926) были удостоены Нобелевской премии по физике за решение проблемы солнечных нейтрино.

Авторы альтернативных теорий, спекулировавшие на нейтринной проблеме и пытавшиеся, ссылаясь на нее, отвергать «солнечный термояд» как таковой, лишились главного довода. Теория наконец соответствует наблюдениям!