Как регистрируют частицы - Боровой А.А.
Скачать (прямая ссылка):
Эта огромная горизонтальная цистерна, которая вмещает 3,8-105 л жидкости (C2Cl4), окруженная толстым слоем воды, снижающим поток фоновых частиц от стенок шахты. Система извлечения аргона из гелия и его очистки от посторонних примесей занимает отдельный подземный зал.
Результаты первых измерений можно без преувеличения назвать обескураживающими — уровень активности, предсказываемый астрофизиками, в десятки раз превышал тот, что наблюдался в эксперименте. Куда же пропали нейтрино? Сначала забурлили физические конференции и резко увеличилось число журнальных статей о солнечных нейтрино. Потом переполох перекинулся в популярные издания и даже вечерние газеты. «Идут ли термоядерные реакции на Солнце или оно уже потухло?» — писать на такую тему, а лучше — делать доклады, стало модным.
Но время шло, физики, занимающиеся нейтрино, делали новые расчеты, выдвигали интересные гипотезы, группа Дэвиса продолжала свои опыты. Оказалось, что предсказания теории были сильно завышены. В то же время статистическая точность первых опытов была еще очень мала. Постепенно среднее экспериментальное значение повысилось. Сейчас ситуация выглядит не столь драматично, хотя полное согласие теории и эксперимента далеко не достигнуто.
Над созданием нейтринной службы Солнца работают и советские физики во главе с Г. Т. Зацепиным, А. Е. Чу-даковым и А. А. Поманеним. В 1977 г. на Северном Кавказе проходила Международная конференция по физике нейтрино — (Нейтрино-77). В один из дней ее участники
113
были приглашены осмотреть вступившую в строй первую очередь нейтринной обсерватории.
В глубине Баксанского ущелья в горную породу уходит туннель. Его общая протяженность должна составлять около 4 км. По ходу туннеля расположены экспериментальные залы — огромные искусственные пещеры и помещения меньших размеров — низкофоновые камеры. В 1977 г. начались измерения в первом зале, где был установлен сцинтилляционный телескоп, регистрирующий быстрые космические частицы. Детекторы солнечных нейтрино будут размещаться во втором зале, который находится в конце тоннеля и на глубине около двух километров под вершиной горы. Огромный слой вещества в миллионы раз ослабляет поток космических мезонов по сравнению с их потоком на поверхности Земли. Предполагается, что в зале будут работать одновременно несколько нейтринных детекторов разных типов и это позволит исследовать спектр солнечных нейтрино в более широких пределах, чем это сделал в своих опытах Дэвис. И, следовательно, получить больше информации о процессах, происходящих в недрах звезд.
2.5. Поляризованное нейтрино
Изучение слабого взаимодействия началось с поисков недостающих энергии, импульса, момента импульса в бета-распаде. И мы уже цитировали пророческие слова Нильса Бора: «Следует ожидать от бета-распад? дальнейших сюрпризов».
Он, однако, вряд ли предполагал, с каким энтузиазмом слабое взаимодействие примется выполнять это предсказание. Еще раз обращаясь к прошлым страницам, напомним читателю, что законы сохранения связаны с симметрией, существующей в природе. Казалось, физики использовали уже все возможные преобразования и переносы в пространстве и повороты, но после создания квантовой механики было рассмотрено и еще одно — отражение. Будут ли физические процессы идти по-прежнему, если перенести их в зеркальный, отраженный мир? Долгое время положительный ответ не вызывал ни у кого сомнений. При отражении правая и левая стороны меняются местами и, перебирая известные явления, ученые каждый раз убеждались, что правое не отличимо от левого, как наш мир не отличается от зеркального.
114
Совсем простой пример: положительный заряд движется по направлению электрического поля Е. Отразим его в зеркале. Поле E перейдет в — E1 изменит знак и скорость заряда, и вновь окажется, что заряд движется по полю. Из неизменности поведения физических закопов при отражении следовал важный для квантовой механики закон сохранения пространственной четности. А оказалось, что все не так уж очевидно. Обнаружили это в 1956 г. американские физики, китайцы по национальности, Ли Тзун-дао и Янг Чжень-нин. Они пытались объяснить одно непонятное явление, возникающее при распаде К-мезонов, и проанализировали экспериментальные данные, относящиеся к зеркальной симметрии. Оказалось, что сущест-Bj ют ее убедительные доказательства для сильных и электромагнитных взаимодействий, а для слабых таких доказательств нет.
Ли и Янг решились на совершенно революционное предположение — слабое взаимодействие нарушает закон сохранения четности. В нашем и зеркальном мире оно ведет себя по-разному и позволяет отличить левое от правого. Это позволило им сразу решить проблему с К-мезо-нами. Конечно, такая радикальная гипотеза требовала многих экспериментальных проверок. И во всех лабораториях мира стали спешно ставить опыты по исследованию симметрии слабого взаимодействия. Уже через год появилась уверенность в правильности предположений теоретиков. Нарушение симметрии позволило Ландау, Саламу, Ли и Янгу выдвинуть почти одновременно теорию, согласно которой спин антинейтрино всегда направлен по импульсу, а нейтрино — против импульса, так, как это показано на рис. 24. Если такую частицу отразить в зеркале — она перейдет в античастицу. Ведь при отражении импульс меняет знак, а направление вращения — нет. Раньше сохранение четности это запрещало, теперь ограничение было снято. Новая теория предполагала, что слабое взаимодействие подчиняется более сложной симметрии. Для него одновременно с отражением надо заменить все
