Как регистрируют частицы - Боровой А.А.
Скачать (прямая ссылка):
Отрицательный результат бывает важен, когда позволяет ограничить какую-то физическую величину. Пример — многочисленные опыты, в которых искалась масса нейтрино и получались все более точные ограничения на нее.
Наконец, вспомнили об экспериментах, отрицательный результат которых покоится в основании современной картины мира. Сразу же несколько человек произнесло
ли имяї Альберт Майкельсон. Первый из американских ученых, получивший Нобелевскую премию. Экспериментатор, посвятивший свою жизнь, по сути дела, одному опыту.
Двадцати шести лет он становится известным — младший лейтенант флота Альберт Майкельсон измерил с высокой точностью скорость света. Затем долгие годы ученый разрабатывал новые приборы и уточнял результаты своих измерений. Он стремился подтвердить теорию всепроникающего и неподвижного эфира, определить скоре сгь «эфирного ветра», который дует на Земле при ее движении по орбите. И не обнаруживал такого ветра. Скорость света не зависела от движения Земли. Теории эфира был нанесен тяжкий удар. После одного из экспериментов автор, как бы оправдываясь, писал, что эффект не наблюдался и это, конечно, плохо, но опыт не бесполезен, хотя бы потому, что в ходе работы был изобретен новый интересный прибор — интерферометр. Прошло 18 лет. Альберт Эйнштейн создал специальную теорию относительности, одна из аксиом которой гласила: скорость света не зависит от системы отсчета. Говоря об опытах Майкельсона, Эйнштейн называл их «экспериментами, которые проложили дорогу для теории относительности».
Особенно много в тот вечер говорили о только что предпринятых группой Дэвиса попытках зарегистрировать солнечные нейтрино. В первых экспериментах они не были обнаружены и этот факт инициировал большое количество различных предположений и даже теорий.
2.4. Поиски солнечных нейтрино
При огромных температурах (десятки миллионов градусов) и колоссальных давлениях глубоко в недрах звезд идут термоядерные реакции. Это реакции объединения, синтеза, когда «сгорает» водород и образуется гелий и более тяжелые элементы. Вот пример одного из циклов таких реакций:
1. Два протона превращаются в ядро тяжелого изотопа водорода — дейтон:
р + р -*-d + е+ + v.
2. Протон и дейтон образуют ядро атома гелия-З»
P + d -^He + у.
№
3. Два ядра гелия-3 сливаются и превращаются в ге-яий-4 и протоны:
ІНе + ^He -» ^He + 2р.
Очевидно, что конечным результатом будет превращение четырех протонов в одно ядро гелия-4 — хорошо знакомую нам а-частицу. В ней нуклоны упакованы очень плотно и у них значительная энергия связи. Поэтому в таком цикле выделяется энергия: основная часть в виде тепла — около 20 МэВ, и совсем малая часть уносится нейтрино. Вот такие реакции, как считают физики и астрофизики, и есть источники звездной энергии. Действительно, энерговыделение термоядерных процессов огромно. Для примера можно рассчитать тепло, выделяющееся при синтезе гелия из 1 г водорода. Его хватит, чтобы вскипятить небольшое озеро.
Детально разобраться в звездных процессах — очень важная и очень интересная задача.
Конечно, взоры ученых прежде всего обращаются к ближней из звезд — Солнцу. Оно легко доступно наблюдению, данные о поверхностном слое нашего светила получены и многократно проверены, но что происходит внутри? Сведения о термоядерных реакциях, протекающих там, можно получить лишь косвенным путем — лю бое излучение поглощается огромной массой звездного вещества. Кроме нейтринного излучения. Эти частицы проходят через все препятствия с такой же легкостью, как видимый свет сквозь чистое оконное стекло. Они несут информацию о внутризвездных процессах и могут быть зарегистрированы на Земле. Но хотя мы привыкли к тому, что величина эффекта в нейтринных экспериментах очень мала, в случае солнечных нейтрино эта малость побивает все прежние рекорды.
Это зависит не столько от интенсивности потока солнечных нейтрино, падающего на Землю (на каждый квадратный сантиметр поверхности планеты приходится приблизительно 50—80 миллиардов нейтрино в секунду), сколько от того, что энергетический спектр этих нейтрино очень мягкий. А чем мягче спектр — тем меньше вероятность взаимодействия v с веществом. Кроме того, для реакции, имеющей энергетический порог, может подходить лишь ничтожная доля полного потока нейтрино. Если использовать идею, предложенную Б. Понтекорво,— ведь Солнце излучает именно v, а не v, как реактор, и они должны выз-
112,
вать превращение хлора-37 в аргон-37,— то в тонне вещества за два года должны образовываться 1 -і- 2 атома аргона!
И все-таки группа экспериментаторов во главе с Р. Дэ-висом взялась за поиски солнечных нейтрино. Их опыты, начатые около пятнадцати лет назад, продолжаются и в настоящее время, и с каждым годом растет статистика зарегистрированных частиц. Чтобы поставить такой эксперимент, прежде всего надо было избавиться от фона посторонних излучений. И здесь подходил только метод «грубой силы» — как можно глубже спуститься под землю, уйти от космического излучения. Поэтому установка располагается в шахте, где раньше добывали золото, на глубине около полутора километров под землей.
