Не нейтральный чечик, а нейтрино
Недавно физики на подводной установке около Сицилии зафиксировали рекордный поток энергии элементарных частиц нейтрино из космоса. Не менее 120 петаэлектронвольт, что в 10 тысяч раз больше, чем та энергия, которую физики получают на существующих ускорителях частиц. Такая энергия возникает от взаимодействия космических лучей с ядрами атомов и фотонами-частицами света. И либо около лучей, либо вдоль пути их движения появляются нейтрино. Ученые нашли области космоса, в которых мог появиться этот энергетический гигант. Источник — один из 12 блазаров*.
*Блазар — вид активных ядер галактик. (вы ведь помните, что галактик во Вселенной много, а наша называется Млечный путь?) В центре них расположены сверхмассивные черные дыры с плотным потоком вещества. Тяготение заворачивает энергию в диск до колоссальной скорости, материя сталкивается, разогревается до состояния плазмы, и эта масса плазмы испускает радиоволны, свет и разные излучения. Джеты, то есть струи вещества на околосветовой скорости, которые выбрасываются из блазаров, как раз могут быть источником появления энергии нейтрино.
Зачем вообще ловить такую энергию? Конечно, чтобы изучать! Направление, которое исследует нейтрино и другие частицы, очень востребовано, потому что физики, исследуя их, могут расширить наше представление об устройстве Вселенной и ее законов. Мы можем провести параллели между разными областями знаний, которые раньше казались несвязанными. Например, физики дадут большее понимание поведения твердых тел в возбужденных состояниях и помогут химикам. А еще изучение нейтрино может либо дополнить, либо опровергнуть Стандартную модель — наиболее успешную и принятую сейчас теорию физики элементарных частиц.
Что за нейтрино?
Нейтрино — это одна из античастиц, двойников элементарных частиц ( протонов (р), нейтронов (n) и электронов (е-)) с теми же характеристиками, но с противоположными знаками. Чтобы окончательно вас запутать, скажу, что античастицей античастицы является частица. Все просто. У античастиц есть тоже свое разделение — нейтрино и антинейтрино. Первая возникает в распаде ядра атома, если образуется позитрон, а вторая, наоборот — если электрон.
Появление нейтрино предсказал немецкий физик Вольфганг Паули. Открытие нейтрино связано с бета-излучением (есть еще альфа- и гамма-лучи). Во время эксперимента по бета-распаду он увидел, что ядро частицы меняет заряд, появляется электрон и его анти-двойник — позитрон. С точки зрения закона сохранения энергии и импульса электрон должен был бы влететь в установку и вылететь из нее с одинаковой скоростью и энергией. Но это было не так. Ученый догадался, что в процессе деления появилась новая электрически нейтральная частица с маленькой массой и полуцелым спином, которую не засекают приборы.
В 1950-е в ходе трехчастичного распада ядра Фредерик Райнес и Клайд Коэн в проекте «Полтергейст» выяснили, что оно распадается на новое, электрон и нейтрино. Исследователи проводили обнаружение пропусканием частицы через вспышку света в веществе (явление сцинтилляции) и зафиксировали появление позитрона из ниоткуда. Они решили, что с изначальным ядром повзаимодействовала какая-то иная частица. Это была нейтрино. Так ее зафиксировали, хотя и не поймали.
Такие частицы сложно изучить, потому что они проходят через все твердые объекты и даже могут проскакивать Землю насквозь. Чтобы остановить нейтрино, нужно было бы построить свинцовую стену шириной от Солнца до другой звезды — так считает главный научный сотрудник Института ядерных исследований РАН Дмитрий Горбунов.
Поэтому сейчас ученые могут только фиксировать взаимодействия нейтрино с ядрами и описывать наблюдения. Но эта подвижность частицы работает и в плюс для исследований. К примеру, нейтрино, вылетающие из Солнца, можно отслеживать и фиксировать их состояния с момента появления, так сказать спылу-сжару. Еще ученые придумали, что благодаря свойствам частиц можно сделать своеобразный рентген состояния оболочки нашей планеты. Нейтрино свободно пролетают через полюса, и если зафиксировать характеристики потока на входе и на выходе, то можно понять характеристики вещества Земли, распределение плотных и неплотных его компонентов. Так родился научный проект IceCube. На тросах глубоко под лед спустили детекторы нейтрино, летающих от северного полюса к южному. В наши дни с нейтрино проводится много экспериментов, но пока многие остаются без точных результатов.
Уверены, что скоро мы узнаем больше об устройстве Вселенной, и, вероятно, русские ученые еще внесут большой вклад в изучение нейтрино.