Последние новости науки

Первое наблюдение тау-нейтрино (по материалам журнала "Природа" N4, 2001г.)

В Национальной лаборатории им.Э.Ферми (Батавия, США) получено прямое экспериментальное доказательство существования тау-нейтрино. Таким образом, зарегистрирована последняя из элементарных частиц со спином 1/2, которые составляют базис Стандартной модели строения материи.

Согласно этой модели все вокруг нас построено из 12 фундаментальных частиц - шести кварков и шести лептонов. На момент, когда формулировка модели уже представляла законченную теоретическую картину, были известны не все из необходимых частиц; существование некоторых из них предсказывалось "на кончике пера", а обнаружены они были лишь после целенаправленного поиска. Так, открытие верхнего (top) кварка, последнего в кварковом ряду, состоялось в той же лаборатории лишь сравнительно недавно, в 1995 г. И вот теперь поставлена точка в списке семейства лептонов. Оно включает три электроноподобные частицы - электрон, мюон и тау-лептон - и три ассоциированных с ними нейтрино.

Тау-лептон был открыт в 1975 г. на электрон-позитронном коллайдере SLAC (Стэнфорд, США). Чтобы органично вписаться в Стандартную модель, ему недоставало собственного партнера - тау-нейтрино. Напомним, что первые нейтрино (как потом оказалось, электронного типа) были зарегистрированы в экспериментах на реакторах еще в 1955 г. Собственно, то, что нейтрино бывают разные, обнаружилось вскоре после этого: исследования распада мюонов показали, что нейтрино одного типа предпочитают сопутствовать электронам, второго - мюонам (1962). Существование нейтрино еще одного сорта оставалось предположением теоретиков, пока в 1989 г., после запуска электрон-позитронного коллайдера LEP в ЦЕРНе, из наблюдения распадов частиц не стало ясно, что типов нейтрино именно три - ни больше и ни меньше.

Косвенные указания на существование тау-нейтрино можно было усмотреть в картинах распада промежуточного бозона W, зарегистрированных ранее в ЦЕРНе на протон-антипротонном коллайдере. Помимо случаев распада W-бозона с вылетом мюона и электрона (и соответствующих нейтрино), укладывающихся в кинематику двух частиц, в 29 случаях была обнаружена более сложная картина. Ее можно объяснить, предположив, что в этих случаях мюоны и электроны имеют вторичное происхождение и возникают после первичного распада W-бозона на тау-лептон и соответствующее тау-нейтрино. Последующий распад тау-лептонов порождает мюоны и электроны, которые и наблюдались в отдельных редких событиях. В этой цепочке распадов возникает специфический дефицит энергии - ее уносят не регистрируемые в таком эксперименте нейтрино, два из которых - тау.

И вот, наконец, неуловимые прежде призраки оставляют вполне осязаемый след. В рамках проекта "DONUT" ("Direct Observation of the NUetrino Tau" - "Прямое наблюдение тау-нейтрино") зафиксировано четыре характерных трека с изломами, указывающими, что в цепочке превращений промелькнуло нестабильное тау-нейтрино. В этом эксперименте протонный пучок с энергией 800 ГэВ (самой высокой из достижимых сегодня) бомбардирует массивную мишень и порождает множество вторичных нестабильных частиц. Среди них есть и DS-мезон, который, распадаясь, может дать тау-нейтрино. Электрически заряженные продукты распада частиц отсеиваются магнитами, большая часть оставшихся поглощается толстыми экранами. И лишь нейтрино, слабо взаимодействуя с веществом, продолжает свой путь к детектору, состоящему из набора железных пластин, прослоенных специальной фотографической эмульсией. Такой сандвич "заметит" лишь одно из триллиона нейтрино, которое при столкновении с ядром железа испустит тау-лептон. Последний, перед распадом, оставит в фотоэмульсии характерный след субмиллиметровой длины, который надо распознать. И такие случаи были зафиксированы. Точнейший анализ тонких особенностей треков, позволивший на фоне массы собранных данных выделить искомые события (пока их четыре), стал триумфом эмульсионной технологии, разработанной в Нагое (Япония). Сам же эксперимент - новый пример плодотворного международного сотрудничества: в нем принимают участие ученые США, Греции, Японии и Кореи.

Подробнее: CERN Courier. 2000. V.40. s7. P.8 (Швейцария).


Цитируется по http://www.ibmh.msk.su/vivovoco/.


[ Предыдущее сообщение     Оглавление     Последующее сообщение ]



vlad@ssl.nsu.ru