Архив отдела новостей науки по физике и астрономии
 
Свидетельство существования эффекта нейтринных осцилляций (по материалам журналов "Успехи физических наук" 1998, N7 и "Природа" 1998, N10). 

На состоявшейся в Японии конференции "Нейтрино - 98" представлены новые убедительные свидетельства существования нейтринных осцилляций - взаимных превращений различных сортов нейтрино. Эксперименты по регистрации нейтрино проводились на установке Супер-Камиоканде. Подземная установка Супер-Камиоканде представляет собой огромный стальной резервуар (высотой 41 м и диаметром 38 м), наполненный чистой водой. По внутренней поверхности резервуара размещены тысячи фотоумножителей. Исследовались нейтрино, возникающие в результате столкновений космических лучей с верхними слоями атмосферы. Фотоумножители регистрируют черенковское излучение, испускаемое электронами и мюонами, которые образуются в реакциях с участием нейтрино. На основе наблюдений тысяч подобных событий был сделан вывод о существовании нейтринных осцилляций. Нейтринные осцилляции возможны при наличии у нейтрино массы, причем разные типы нейтрино должны иметь разные массы. Отличная от нуля масса нейтрино предсказывается в большинстве Теорией Великого Объединения, которые объединяют разные типы взаимодействий: (слабое, электромагнитное и сильное). В эксперименте определена разность масс электронного и мюонного нейтрино - 0,07 эВ. Саму массу определить пока не удалось. Нейтринные осцилляции, возможно, дают решение проблемы дефицита солнечных нейтрино. Наличие у нейтрино массы имеет большое значение также и для формирования крупномасштабной структуры Вселенной.  

Подробнее: http://www.phys.hawah.edu:80/jgl/nuosc_story.html  

Похоже, что изучение природных потоков нейтрино, уже приведшее к возникновению нерешенной до сих пор проблемы солнечных нейтрино, преподносит сейчас новый сюрприз. В последние годы в экспериментах по исследованию потоков атмосферных нейтрино (которые возникают главным образом при распадах p - и К-мезонов, рождаемых космическими лучами в верхних слоях атмосферы Земли) шло постоянное накопление данных, не находивших ясного и исчерпывающего объяснения.  

Эти эксперименты ведутся на больших подземных (а начиная с 1993 г. и подводных) детекторах, получивших общее название - нейтринные телескопы. Объект их регистрации - заряженные частицы (m -мезоны и электроны), порождаемые нейтрино либо в просматриваемом объеме вещества установки (внутренние события), либо в окружающем установку грунте или воде (внешние события).  

На крупнейшем из подземных нейтринных телескопов SuperKamiokande (Япония), начавшем сбор данных 1 апреля 1996 г., скорость счета внутренних событий составляет примерно 9 соб/сут, а внешних - 1.2. Всего на установке зарегистрировано около 5.5 тыс. событий.  

Общее число событий, зарегистрированных на других наиболее крупных подземных нейтринных телескопах: действующих - Баксанском подземном сцинтилляционном телескюпе (Северный Кавказ, Россия) и MACRO (Гран-Cacco, Италия) и демонтированных - водно-черенковских детекторах 1МВ (США) и Kamiotende (Япония), составляет около 2 тыс. В экспериментах на этих установках четко обозначились по крайней мepe три проблемы:  

1. Наблюдаемое на детекторах Kamiokande, IMB и некоторых других отношение представленности в общем потоке атмосферных нейтрино двух их сортов - мюонных и электронных - значительно отличается от предсказываемого. Более того, по данным установки Kamiokande, это отношение тем меньше (по сравнению с расчетным), чем ближе к вертикали (в направлении снизу вверх) траектория приходящего нейтрино.  

2. Угловое распределение мюонов, пересекающих чувствительный объем установки в направлении снизу вверх (т.е. мюонов, рождаемых нейтрино, прошедшими через Землю), имеет форму, заметно отличающуюся от теоретически ожидаемой. Наблюдается существенный (и совпадающий по величине в пределах ошибок измерений для всех четырех установок) дефицит мюонов, регистрируемых в околовертикальных направлениях по отношению к окологоризонтальным.  

3. В угловом распределении мюонов из нижней полусферы, регистрируемых на детекторе MACRO, наблюдается резкий (почти в два раза по сравнению с предсказываемым) провал в узком телесном угле вокруг вертикали.  

Эти результаты (особенно первый) уже несколько лет интенсивно обсуждаются специалистами, однако их недостаточная статистическая обеспеченность, ограниченная точность теоретических расчетов, неопределенности в оценке величины фоновых эффектов и методике измерений оставляли поле для сомнений в их физической значимости.  

Новое звучание приобрела первая из перечисленных проблем после того, как на Международной конференции по физике нейтрино и нейтринной астрофизике (4-9 июня 1998 г., Такаяма, Япония) в докладе, подготовленном сотрудниками объединения SuperKamiokande и представленном Т. Kajita, были приведены результаты обработки данных, полученных на этом детекторе за 535 сут измерений.  

Анализ экспериментальных данных, относящихся к внутренним событиям, привел авторов к значительно более статистически обеспеченному выводу о наблюдаемой недостаче мюонных нейтрино и об угловой зависимости этого явления. Отличаются от предсказываемых и форма углового распределения мюонов, пересекающих объем установки в направлениях снизу вверх (из-под горизонта), и доля мюонов, останавливающихся в объеме установки.  

Все эти эффекты могут быть объяснены единой причиной: нейтрино меняют свои свойства на пути от точки рождения до точки наблюдения (т.е. взаимодействия). Это позволило авторам сделать заключение, что их результаты следует рассматривать как серьезное свидетельство (evidence for) в пользу существования эффекта осцилляций нейтрино (гипотеза, высказанная 40 лет назад Б.М.Понтекорво).  

Анализ показывает также, что для объяснения наблюдаемых эффектов следует допустить переход мюонных нейтрино не в электронные, а в t -нейтрино, или в так называемые стерильные (т.е. не вступающие с другими элементарными частицами в слабое взаимодействие, в противоположность обычным нейтрино).  

Сообщение сотрудников объединения "SuperKamiokande" стало одним из наиболее интригующих событий последних лет. И хотя это не открытие эффекта, а, используя терминологию руководителя объединения (Y.Totsuka; Токийский университет), "clear evidence for" (в журнальном варианте даже просто "evidence for"), значение этого результата выходит за рамки физики элементарных частиц, так как его подтверждение говорило бы не только о наличии у нейтрино отличной от нуля массы, но имело бы и многочисленные следствия для теории происхождения химических элементов, для астрофизики и космологии.  

Подробнее в статьях в журнале "Природа": 

Домогацкий Г.В., Комар А.А., Чудаков А.Е. "Подземные и подводные эксперименты в физике и астрофизике", 1989, N3 стр.22-36, 

Барабанов И.Р., Домогацкий Г.В. "SuperKamiokande: детектор нового поколения для физики и астрофизики", 1997, N1 стр.81-85, 

Герштейн С.С. "Воспоминания и размышления о Бруно Понтекорво", 1998, N4, стр.89-103,  

Копылов А. В. "Проблема солнечных нейтрино: от прошлого к будущему", 1998, N5 стр.31-40, N6 стр.27-36. 
 

[ Предыдущее сообщение     Оглавление     Последующее сообщение
 

 
vlad@ssl.nsu.ru