Крошечная и легонькая – собственно, почти ничто. Однако, чем она меньше, тем больше может рассказать нам о том, как устроена Вселенная. Чем она меньше, тем значительней.
Чем она меньше, тем крупнее должны быть установки, что смогут ее обнаружить. Чем она меньше, тем известнее.
После нескольких эпизодических ролей в сериале «Звездный путь» она появилось в его продолжении – блокбастере 2012 года «Стартрек: Возмездие». На этот раз – даже в главной роли: разрушительницы цивилизации. Попросту еще одно доказательство: размер не имеет значения.
Австрийский физик Вольфганг Паули в 1931 году написал уже много работ. Еще в 1925 году он сформулировал свой исключительно революционный принцип, и теперь его настойчиво преследовало желание раскрыть одну тайну. Он напал на след преступления. При бета-распаде нейтрона рождаются протон и электрон. По крайней мере, так все думали.
Но если действительно нейтрон распадался только на эти две частицы, то энергия нейтрона должна была разделиться между ними – на две части. Однако это оказалось не так. Значительная часть энергии нейтрона куда-то исчезала. Этого не могло быть: нарушался закон сохранения энергии и импульса.
Паули формулирует свое обвинительное заключение и объявляет охоту на частицу, способную воровать энергию.
Поиски частицы вели лучшие детективы, но, увы, безрезультатно. Ее приметы: не имеет электрического заряда, масса покоя очень мала либо вовсе равна нулю.
Итальянский физик Энрико Ферми дал ей имя, которого бы не стыдился любой мафиози: Нейтрино.
Грянувшая Вторая мировая война возбудила повышенный интерес к расщеплению атома. В 1945 году Паули получил Нобелевскую премию. Горящий факел эстафеты поисков нейтрино приняли другие. Американцы Фред Райнес и Клайд Коуэн в 1955 году в США опустились с детектором нейтрино на глубину 12 метров под землей, в одиннадцати метрах от нового ядерного реактора Саванна-Ривер. В качестве детектора они использовали два резервуара по 200 литров каждый с растворенными в воде 40 килограммами хлорида кадмия.
Два резервуара с этим веществом ловили поток нейтрино от реактора, равный десяти в тринадцатой степени нейтрино на квадратный сантиметр в секунду. Поймали три.
Радость от поимки была омрачена тем, что поймать удалось только антинейтрино. Но кто их за это упрекнет?
Выяснили закономерность. Каждую секунду от Солнца следом за фотонами на каждый квадратный сантиметр Земли падает сто миллиардов нейтрино. Их скорость близка к скорости света.
Останавливаются ли они после столь долгого пути или хотя бы замедляют свой бег? Нет, эти игнорирующие все на своем пути частицы пролетают насквозь и нас, и нашу Землю.
Профессионалы говорят, что они очень слабо взаимодействует с веществом. Я же называю это банальной невоспитанностью.
Если вы живете достаточно долго, то у вашего тела есть шанс поймать не более одной частицы за всю жизнь. На этот случай держите шампанское в холодильнике.
Ученые не так терпеливы. Они строят огромные установки, которые специально ловят нейтрино. Детектору АМАНДА, например, удалось поймать 6500 штук.
Кроме солнечных, к нам попадают нейтрино с противоположного направления – из ядра Земли и земной коры, где происходит радиоактивный бета-распад тория, калия и урана. Другие источники нейтрино – взрывы сверхновых и районы Вселенной, где сталкиваются частицы из плазменных струй вблизи черных дыр с ядрами межзвездного газа. Выдают на гора нейтрино также гамма-всплески.
Реликтовые нейтрино остались еще от Большого Взрыва. Они везде. Они несут огромный объем информации.
Когда мы сможем ее правильно раскодировать, узнаем многое об отправленном нам сквозь время. Это касается не только Большого Взрыва. Ученые при строительстве нейтринных детекторов получают возможности услышать посланные в космос сигналы от далеких разумной цивилизаций.
Управляемые пучки нейтрино можно использовать на Земле для безбарьерной коммуникации. Операторы мобильной связи могут не беспокоиться.
Существуют три типа нейтрино – электроннные, мюоннные и тау-нейтрино. Вы можете представить их себе, как разные вкусы мороженого. Но с одним отличием. Если взяли фисташковое, то оно точно на вкус фисташковое. Нейтрино же может превращаться из одного типа в другой.
Лизнули мороженое со вкусом дыни и вдруг чувствуете: это уже не дыня, это шоколад со сливками! Такое называется нейтринными осцилляциями.
Когда ученые обнаружили такую способность у нейтрино, эта новость стала настоящим взрывом. А нейтринные осцилляции помогли обнаружить, что масса нейтрино не равна нулю, хотя и очень мала. В общем, новость для обложки Vogue: как и почему яблоко превратилось в грушу.
С 2011 года становится все больше возможностей поймать нейтрино с поличным. Недавно в Японии на детекторе Супер-Камиоканде засекли, как мюонные нейтрино превращаются в электронные. Есть планы понаблюдать за нейтрино и антинейтрино. Если между ними не окажется симметрии, то эти наблюдения смогут помочь пролить свет на другой темный угол нашей Вселенной.
Почему во Вселенной мы видим только материю, если должно быть поровну материи и антиматерии?