Фізики підтвердили теорію 40-річної давності, вперше зареєструвавши випадки зіткнень нейтрино
Фізики підтвердили теорію 40-річної давності, вперше зареєструвавши випадки зіткнень нейтрино з ядрами атомів
10 серпня 2017 Новості науки і техніки Фізики підтвердили теорію 40-літньої давнини, вперше зареєструвавши випадки зіткнень нейтри
Даніель Фрідман (Daniel Freedman), фізик-теоретик з Масачусетського технологічного інституту, ще в 1974 році висунув теорію про те, що невловимі взаємодії. звичайним способом, змушуючи їх вагатися з малою амплітудою. Враховуючи неможливість реєстрації та вимірювання параметрів коливань атомних ядер у той час, Даніель Фрідман навіть відніс своє власне припущення до розряду «дурної ідеї». Але нещодавно, через 40 років, ученим вдалося отримати підтвердження теорії Фрідмана, розробивши новий спосіб реєстрації та вимірів так званих «когерентних зіткнень нейтрино-ядро». Результати даного відкриття, на думку вчених, відкривають нові фантастичні можливості використання нейтрино у майбутньому з практичних і дослідних цілях.
Нагадаємо нашим читачам, що всі елементарні частинки можуть взаємодіяти один з одним за допомогою чотирьох видів фундаментальних сил, сил гравітації, електромагнетизму, сильних та слабких ядерних взаємодій. Нейтрино відрізняється від інших частинок тим, що вони взаємодіють з іншими частинками лише за допомогою гравітації і слабких ядерних взаємодій. І такі види взаємодії надзвичайно складно виявити навіть за допомогою високочутливого обладнання.
Традиційний метод, за допомогою якого вчені вивчають нейтрино, полягає у використанні зворотного розпаду бета при зіткненні нейтрино з протоном. При цьому протонрозпадається на електрон і нейтрон, рух електрона викликає слабкий спалах світла, який реєструється чутливими фотодетекторами, розташованими в резервуарах, наповнених десятками, сотнями та тисячами тонн чистої води. Такий вид взаємодії нейтрино з матерією є дуже рідкісним і тому частки нейтрино ще вивчені на сьогодні належним чином.
Як згадувалося вище, Даніель Фрідман висунув припущення, що нейтрино може взаємодіяти як з протонами, а й з ядрами атомів цілком. У цьому процесі задіяні дуже малі енергії, а коливання ядер атомів, що виникають при цьому, мають дуже малу амплітуду. Але події, пов'язані зі зіткненнями нейтрино та ядер атомів, відбуваються набагато частіше випадків зворотного бета-розпаду протонів. І якби була можливість реєстрації таких подій, то вивчати нейтрино можна було б за допомогою щодо невеликого детектора.
Реєстрацію слабких взаємодій нейтрино з ядрами атомів було зроблено вченими з Національної лабораторії Ок-Рідж в рамках експерименту Spallation Neutron Source (SNS). Обладнання цього експерименту виробляє низку нейтронних вибухів уздовж лінії розповсюдження променя. І як побічний продукт цих вибухів світ з'являється дуже багато частинок нейтрино. Для ізоляції нейтрино від решти мас часток, що народжуються в надрах установки SNS, вчені використовували бетонну стіну, товщиною 20 метрів, яка поглинула все більш важкі частки.
Для «лову» нейтрино вчені використовували датчик COHERENT, який є кристалом з певної речовини з певною структурою. При зіткненні нейтрино з атомами кристалічної решітки цього кристала атоми починають коливатися і випромінювати дуже слабкі спалахи.світла, яке можна виявити наявними фотодетекторами. Увімкнення та вимкнення нейтронного променя установки SNS призводило до появи сплесків та провалів у сигналі фотодетектора, а час змін цього сигналу збігався з часом змін інтенсивності нейтронного променя.
Окрім підтвердження теорії 40-річної давності, експеримент COHERENT дозволив вченим визначити деякі обмеження, що накладаються на поведінку частинок нейтрино. «Цілком можливо, що років через 50 з цього моменту в нашому розпорядженні з'являться доступні для всіх нейтринні технології, які зараз можуть бути лише предметом найсміливішої наукової фантастики».
Результати експериментів учених з Ок-Ріджа схвилювали всю наукову спільноту. І безліч наукових груп із різних країн намагаються повторити експеримент для отримання додаткових доказів, які забезпечать наявним даним високу статистичну достовірність та переведуть усе це до доведеного наукового відкриття. «Я вкрай схвильований тим, що мій теоретичний експеримент, запропонований у 1974 році, був виконаний на практиці» - пише Даніель Фрідман, - «І зараз навіть важко передбачити, які нові шляхи для подальшого розвитку все це відкриє перед сучасною фізикою».