Диалоги (октябрь 2003 г.) - Александр Гордон

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.

А.Г. Такое электронное сито получается.

С.Г. Не сито, а просто нож, я бы сказал, который отсекает как раз нужную ему область. Чтобы точнее измерять энергию, он имеет магнитное поле с такими как бы пробками.

В.Л. То, что называется «пробкотрон».

С.Г. На этом принципе Будкером была придумана термоядерная установка «Огра».

В.Л. Здесь главное, что с помощью магнитного поля можно избежать регистрации электронов, которые родились на стенках. Электростатические спектрометры все страдают именно тем, что в остаточном газе образуются ионы, они бомбардируют стенки, электроны попадают в детектор…

А.Г. Сильный шум…

В.Л. Очень сильный фон или шум. На этом погорело несколько экспериментов. Сейчас еще есть один любитель, который хочет сделать чистую электростатику, посмотрим. Я думаю, что ничего не выйдет.

С.Г. В общем, это блестяще придумано. И отсечение от фона, и точность измерения энергии.

В.Л. Седьмой рисунок, пожалуйста.

Здесь показано как выглядит экспериментальный бета-спектр. Обратите внимание, внизу шкала энергий, то есть изменяется потенциал этого спектрометра, и считается количество электронов, регистрируемых детектором за определенный интервал времени. И видно, что буквально несколько электрон-вольт отделяют первые не нулевые точки от граничной энергии бета-спектра. Таким образом, это наиболее чувствительная область приближается как можно ближе к самому концу.

Мне не хотелось бы сейчас об этом слишком много говорить, но здесь же виден некий эффект, который мы еще не понимаем. Пунктиром обозначен бета-спектр, который получен путем сравнения со всем бета-спектром, который мы можем регистрировать. Мы только часть, конечно, можем регистрировать. И эта разность между пунктирным бета-спектром и экспериментальным имеет характер ступеньки. Здесь, может, плохо видно, потому что большой наклон. На самом деле, если вычесть одно из другого, то получается почти ступенька. Это вещь вообще-то не мешает измерению массы нейтрино, потому что может быть исключена просто вырезанием, так сказать. Но, с другой стороны, она носит очень странный характер. Мы пока еще работаем над этим. Но, в общем, повторяется это уже в течение многих лет.

А.Г. Никаких гипотез, объясняющих это…

В.Л. Есть гипотезы, но очень экстравагантные, даже не хотелось бы о них говорить.

С.Г. Я хотел бы еще немножко сказать о нейтрино в астрофизике и космологии. Когда в Галактике вспыхивает сверхновая звезда, ее свет сравним со светом всей Галактики, а в Галактике сто миллиардов звезд, то есть она светит как сто миллиардов звезд. Но оказывается, что это всего один или два процента от общей выделяемой энергии. 98-99 процентов выделяется в нейтрино. Почему? Да потому что нейтрино могут проходить…

В.Л. Вылететь могут…

С.Г. Последнее достижение многолетней работы – это то, что с помощью нейтрино удалось заглянуть в центр Солнца и посмотреть, как оно работает. Были большие сомнения, потому что первый эксперимент по идее Понтекорво, поставленный Дэвисом…

А.Г. Там возник дефицит нейтрино.

С.Г. Да, дефицит нейтрино. Потом японцы запустили установку «Камиоканде», потом еще «Суперкамиоканде». У них тоже был дефицит, но если вы брали данные «Камиоканде» и потом переносили этот поток к Дэвису, оказывалось, что некоторые побочные источники нейтрино, которые должны были быть, не только не вносят вклада, а вообще дают отрицательный вклад. То есть возникало противоречие.

На Баксане, в институте, где работает Владимир Михайлович, был поставлен опыт.

В.Л. Это отдел академика Зацепина.

С.Г. Был поставлен опыт, предложенный Кузьминым – галлий-германиевый радиохимический способ, там было накоплено 60 тонн галлия, это фактически вся мировая добыча.

В эксперименте Дэвиса не мог быть зарегистрирован основной поток нейтрино, который обладает меньшей энергией, порог регистрации у него был высокий. А в галлие-германиевом эксперименте регистрируется именно основной поток. И там тоже обнаружили дефицит. Это означало, что дело не в Солнце. Все решились буквально два года назад, когда заработала канадская обсерватория SNO, они обнаружили следующее.

У них была тяжелая вода, то есть был дейтерий, и они могли регистрировать, как электронные нейтрино, которые вызывают превращение одного из нейтронов в протон и испускание электрона, так и взаимодействие, которое вызывается так называемыми нейтральными токами. С помощью нейтральных токов может действовать не только электронное нейтрино, а и мюонные и тау-нейтрино. Когда на основании теории и экспериментальных данных посмотрели вклад этих нейтральных токов, то всё сошлось буквально. Ликвидировалось противоречие между хлор-аргонным методом Дэвиса, данными «Камиоканде» и канадской обсерватории. То есть, фактически была зарегистрирована осцилляция нейтрино, во-первых. Во-вторых, было показано, что с Солнцем все в порядке. Нейтрино из Солнца принесли нам информацию, а потом японцы устроили опыт на реакторных нейтрино. У них в сто километров был реактор, кажется, Володя?

В.Л. Не один реактор, а все буквально имеющиеся в Японии реакторы давали вклад в установленный детектор.

С.Г. И обнаружили, что от реактора идет поток электронных антинейтрино, что он на нужном расстоянии уменьшился – они перешли в другой тип, а другой тип не вызывал соответствующей реакции.