О физике-теоретике Самоиле Биленьком мне давно рассказывали многие.Говорили, что он работал с Бруно Понтекорво, что благодаря Самоилу Михелевичу ученый мир поверил в недооцененную на протяжении сорока лет идею Понтекорво об осцилляциях нейтрино –превращениях этой частицы из одного ее вида в другой.
Предупреждали, что увидеть Биленького в Дубне – большая удача, потому что он давно живет в Италии. Но когда мне удалось познакомиться с Самоилом Михелевичем, он сказал мне: «Итальянский профессор – это не про меня. Я постоянно живу в России».
23 мая Самоилу Биленькому, профессору Московского госуниверситета им. Ломоносова, исполняется 85 лет. Он оказался в Дубне, в тогдашней Гидротехнической лаборатории (из которой в 1956 году вырос ОИЯИ), в 1952 году, после окончания МИФИ. С тех пор вся жизнь ученого неразрывно связана с Объединенным институтом ядерных исследований, с 1956 года – с Лабораторией теоретической физики. Двадцать три года он тесно сотрудничал с советско-итальянским профессором Бруно Понтекорво. Потом, в 90-е годы, работал в университете Турина. Так что флер Италии действительно стал частью его жизни.
Когда мы беседовали с Самоилом Михелевичем о загадочной частице нейтрино, о Понтекорво, об экспериментах, в которых искали подтверждение гениальной идеи Бруно Максимовича об осцилляциях нейтрино, я думала: как повезло ученикам профессора Биленького – у него редкий талант говорить просто и ясно о сложных вещах!
Поэтому вместо интервью я хочу просто дать слово Самоилу Михелевичу. Вот его рассказ.
Нет массы – нечему превращаться
Нейтрино – самая распространенная после фотона (света) во Вселенной частица. Понтекорво предложил идею о существовании нейтринных осцилляций в 1957 году и тогда же написал первую работу на эту тему. Вторую работу Бруно Максимович написал в 1967 году – через 10 лет после того, как он высказал идею.
Эта идея была очень непопулярной. Никто его не поддерживал в начале. Потому что люди думали, что нейтрино – безмассовая частица (с массой ноль), и вся физика тех лет была основана на этом предположении.
Я с ним начал сотрудничать только в 1970 году. Сначала это были не осцилляции, а совсем другое, хотя и в области нейтрино. Мы с ним сделали несколько работ. Это было связано с возможностью сильных взаимодействий между нейтрино. Взаимодействия нейтрино с нейтрино совершенно неизвестны. Потому что нельзя создать мишень из нейтрино.
После этого мы с Бруно Максимовичем как-то стали дружны и часто выезжали вместе семьями на природу.
Калипсо
Понтекорво очень любил подводную охоту, особенно осенью, где-то в сентябре. Летом он охотился в Крыму. А потом он приезжал в Дубну, и мы ездили на реку Нерль (приток Волги, впадает в Волгу в Калязинском районе Тверской области). Это маленькая река, осенью очень чистая.
Было уже холодно, но он плавал в специальном резиновом костюме «Калипсо» – ему кто-то привез его из Италии.
Он, его жена Марьяна, моя жена и я выезжали с ночевкой – с палатками. Мы обычно собирали грибы, а он 2-3 часа плавал в Нерли. Мы разжигали большой костер, ожидая, что Бруно Максимович выйдет замерзший и с рыбой. Но рыба была далеко не всегда. А грибы были всегда. Готовили много грибов и все прочее на костре. Если мы возвращались в Дубну в этот же день (бывало и такое), то он всю дорогу оставался в «Калипсо». Он говорил, что костюм греет его, как термостат – там создавалась постоянная температура тела. И как-то произошел смешной случай.
Однажды, возвращаясь с Нерли, мы ехали через Талдом поздно ночью.
Остановил нас милиционер, и Бруно Максимович вышел из машины к нему в этом костюме. Я увидел, что милиционер берется за свой револьвер, и выскочил, чтобы объяснить ситуацию. Когда мы рассказали милиционеру, что это Понтекорво, то выяснилось: здесь в округе имя профессора Понтекорво везде известно.
В одной из таких поездок мы начали обсуждать вещи, связанные с осцилляциями, у нас возник общий интерес к ним.
Работа с Понтекорво
Работать вместе над осцилляциями мы начали в 1975 году. После этого в развитии этой проблемы он работал только со мной, и осцилляциями продолжал заниматься всю жизнь. Наша совместная работа выглядела так. В восемь утра у меня раздавался звонок телефона. Он говорил: «Приходите в девять». Я шел к нему, и мы сидели обычно целый день – до шести-семи часов вечера. Он работал не дома, а в своем кабинете в Лаборатории ядерных проблем.
Наша работа трудная. Тексты всегда рождаются мучительно. Он очень любил писать ясно, и я тоже стараюсь писать ясно. Обсуждали, оттачивали каждое слово. В этих обсуждениях всегда приходили новые мысли.
Писали мы обычно по-английски. Мой английский тогда был – не очень (и сейчас – не очень, хотя все же намного лучше). Мы с ним обсуждали по-русски, а потом Бруно Максимович мне диктовал по-английски (в те годы у него уже началась болезнь Паркинсона). Мне его английский очень нравился – казалось, это идеальный английский. А после (поскольку часто нужно было издавать работы и по-русски) я переводил на русский язык.
Мы шли домой вместе, ужинали каждый у себя дома. Вечером я приходил к нему домой (он жил в коттедже напротив Дома культуры «Мир»), и мы сидели обычно до двенадцати ночи, обсуждали. С трудом всегда заканчивали работы. Много спорили, как написать, чтобы получилось возможно яснее.
Когда работа завершалась и отсылалась в печать, мы это отмечали: он обычно готовил спагетти (или его сын Джиль).
Тогда спагетти у нас не продавались. Но Бруно Максимович нашел какие-то макароны номер один или номер четыре, которые были очень похожи на итальянские спагетти.
Смелость города берет
Почему Понтекорво настаивал на своей идее о существовании осцилляций нейтрино, несмотря на всеобщее недоверие к ней?
Он понял то, чего другие тогда не поняли, а некоторые до сих пор не понимают. А именно: если вы хотите получить информацию о массе нейтрино, то поиск осцилляций нейтрино – самый чувствительный способ узнать это.
Если просто мерять массу, то чувствительность таких опытов к массе очень невелика. Когда же вы измеряете осцилляции нейтрино, то чувствительность к массе на 3-4 порядка выше. Это связано с тем, что когда один тип нейтрино превращается в другой тип нейтрино, этот эффект очень тонкий.
Найти осцилляции помогло Солнце
Двадцать с лишним лет после того как Понтекорво высказал идею об осцилляциях нейтрино, специальных экспериментов для ее проверки не было. Но был один эксперимент с солнечными нейтрино. Это специальная история.
В 1970-м году были опубликованы данные Раймонда Дэвиса по регистрации солнечных нейтрино – детектор зарегистрировал нейтрино на Земле. За это крупнейшее достижение Дэвису дали Нобелевскую премию.
Он реализовал в своей установке метод регистрации нейтрино, предложенный Понтекорво еще в 1946 году, когда он работал в Канаде.
Оказалось, что зарегистрированный поток нейтрино от Солнца примерно в 2-3 раза меньше того, что ожидался. Эту загадку назвали SolarNeutrinoPuzzle – загадка солнечных нейтрино. Ее пытались объяснять астрофизически – что-то с Солнцем не то, оно работает не так, как мы видим. Некоторые даже заявляли, что Солнце погасло. Потому что когда нейтрино рождаются внутри Солнца, они через 8 минут попадают на Землю, мы их видим практически сразу после рождения. Но с образованием нейтрино связано образование энергии, которая излучается в форме света. Эта энергия доходит изнутри Солнца до его поверхности в течение миллиона лет. Если Солнце погасло миллион лет тому назад, то мы все еще будем греться и освещаться его энергией.
Такие были идеи.
А Понтекорво тогда первым сказал, что загадка солнечных нейтрино объясняется осцилляциями нейтрино.
Солнце рождает электронные нейтрино. Когда они приходят на Землю, то это уже комбинация электронных, моюнных и тау-нейтрино.
Но детектор регистрирует только электронные нейтрино, которых стало меньше по причине их превращения в мюонные и тау-нейтрино по пути к Земле. Мюонные и тау-нейтрино детектор солнечных нейтрино просто не видит, не может увидеть.
Вот тогда идею Понтекорво о существовании осцилляций нейтрино наконец восприняли, потому что из всех возможных объяснений загадки солнечных нейтрино идея Понтекорво оказалась самым естественным объяснением.
И случай, бог изобретатель…
Эксперименты для поиска осцилляций начались не сразу. В 1980 году запустили ускорительные эксперименты. Детекторная установка была на расстоянии 200-300 метров от ускорителя, а нужно 700-800 километров, и не увидели вообще ничего. Поставили несколько реакторных экспериментов у нас в стране – например, на Ровенской АЭС, там есть нейтринная станция, построенная Курчатовским институтом. И тоже никто ничего не увидел.
В конце 80-х годов был сделан другой эксперимент по регистрации солнечных нейтрино – Камиоканде, в японской шахте Камиока. Это был относительно небольшой детектор – около 3 000 тонн очищенной воды. Он зарегистрировал эффект солнечных нейтрино другим способом, и эффект тоже был в 2-3 раза меньше предсказанного моделью Солнца.
В 90-е годы детектор Камиоканде заменили на Супер-Камиоканде (куб размером 40 на 40 метров, объемом 50 000 тонн воды). Детектор Супер-Камиоканде начал работать 1 апреля 1996 года.
Я помню эту дату потому, что всех поразило, когда задолго до запуска детектора японцы заявили: наш детектор заработает 1 апреля 1996 года. Именно так и случилось.Такой точности в запуске физических установок никогда не было.
А через 2 года, в 1998 году, они обнаружили эффект осцилляций.
Дальше физикам сильно повезло. На Земле аналогом Солнца как источника нейтрино может быть ядерный реактор. Но анализ солнечных экспериментов позволил оценить, на каком расстоянии от реактора нужно поставить детектор, чтобы видеть эффект осцилляций. Оказалось, что это расстояние – около 200 км. Если взять один реактор, то для реакторных нейтрино эффект будет слабым, потому что их поток убывает обратно пропорционально квадрату расстояния, хотя современный промышленный реактор дает в секунду 1020 антинейтрино.
Помогло случайное обстоятельство: шахта Камиока. Она находится на расстоянии около 200 км от 55 реакторов японских АЭС. На этих атомных станциях не по одному реактору. Детектор Супер-Камиканде собрал потоки нейтрино от всех этих реакторов и смог наблюдать большой эффект осцилляций от реакторных нейтрино.
Случайное стечение обстоятельств.
Нейтрино предскажет будущее
Сейчас нейтрино – очень модная тема. Было много попыток на Земле найти физику за пределами Стандартной модели. Нигде ничего не найдено.
Только нейтрино указывает на существование физики за пределами стандартной модели.
Сейчас пройден первый этап. На основе знаний, которые мы получили, можно сформулировать будущие проблемы.
Первая: какова иерархия между тремя типами нейтрино? Это, наверное, будет решено в ближайшие 5-10 лет, когда проведут эксперименты.
Вторая: барионная асимметрия Вселенной.
Наш мир существует только потому, что в нем не совпадает число частиц и число античастиц. Когда бы эти числа совпадали, то если бы вы были из частиц, а я из античастиц, нам было бы лучше не встречаться.
На объяснение асимметрии потребуется 15 лет.
Третья проблема: майорановские частицы. Нейтрино единственная частица, которая может быть двух типов –дираковские и майорановские. У дираковских частиц есть античастица. У заряженных частиц всегда есть античастица. У нейтральной частицы – может быть, а может не быть. То есть у нейтральной частицы должен быть какой-то признак, который отличал бы ее от противоположной частицы. Это что-то называют лептонным зарядом. Если такой заряд есть и он сохраняется, тогда нейтрино и антинейтрино – совершенно разные частицы. Если этого нет, то нейтрино и антинейтрино – одно и то же. Такие частицы называют майорановскими.
Вы увидите миллион статей, где есть частицы майорана. Но в природе нет ни одного доказательства их существования.
Чтобы доказать, что нейтрино – частица майорана, нужен опыт. Такой опыт сейчас делается – безнейтринный двойной бета-распад: одно ядро превращается в другое ядро, испуская два электрона. Если распад идет, тогда нейтрино – майорановские. Однако вероятность такого распада исключительно мала. Наша Вселенная живет 14 млрд лет. Время жизни двойного бета-распада (никто его не видел) больше времени жизни Вселенной. Тем не менее, люди хотят этот процесс увидеть, есть много экспериментов.