Неожиданный, но отнюдь не нокаутирующий, удар по Стандартной модели нанесли солнечные нейтрино. Стандартная модель устояла. Но была вынуждена признать небезупречность своей архитектуры. И адекватно свой архитектурный проект пока не исправила. Обсудим эту историю... Загадки нейтрино. Нейтрино было придумано в 1930 году как частица, спасающая законы сохранения энергии и импульса в некоторых процессах распада атомных ядер. В экспериментах же нейтрино зафиксировали лишь через четверть века. Нейтрино участвуют только в слабых взаимодействиях. Нейтрино практически не взаимодействуют с веществом. Что можно описать такими примерами: а) каждый квадратный сантиметр нашей кожи ежесекундно пронизывают никак нами не ощущаемые 60 миллиардов солнечных нейтрино; б) длина свободного пробега нейтрино (от одного акта взаимодействия с иными частицами до другого) через среду с плотностью воды оказывается порядка сотни световых лет. Установлено, что существует три типа нейтрино – электронное ( ν е ) , мюонное ( ν μ ) и тау-нейтринное ( ν τ ). В только что рассмотренной нами Стандартной Модели массы этих нейтрино изначально считались равными нулю. Ибо в экспериментах до сих пор не удается уловить разницу между скоростью движения нейтрино и скоростью света. 13 .1. Загадка солнечных нейтрино и нейтринные телескопы. Первые попытки зафиксировать мощнейший поток нейтрино от Солнца начались в 60-х годах прошлого века и делались на нейтринных телескопах, представляющих собой расположенные в глубоких шахтах большие цистерны, наполненные чистейшим жидким изотопом хлора 37 Cl. Ядро которого в результате взаимодействия с нейтрино превращается в ядро изотопа аргона 37 A r (с вылетом электрона). Сами же солнечные электронные нейтрино ν е в большинстве своем рождаются в недрах Солнца в реакциях слияния ядер водорода (протона) в ядра гелия. Интенсивность потока солнечных нейтрино рассчитывалась исходя из нынешней светимости Солнца в предположении непрерывности протекающих в недрах Солнца термоядерных реакций. Наблюдения на таких телескопах показали, что поток электронных нейтрино от Солнца почти втрое меньше расчетного (считалось по числу ядер 37 Ar ). Другие нейтринные телескопы вплоть до 90-х годов показывали аналогичные результаты. Физики и астрофизики испытали длительный шок. Поначалу возникла гипотеза о том, что в недрах Солнца термоядерная "печка" работает с переменной интенсивностью. Из-за конвекции. А именно, перегревшиеся в ходе термоядерной реакции массы солнечного ядра всплывают в область более холодной плазмы, где термоядерн ы е реакции не идут из-за недостаточной температуры. А эта холодная плазма погружается в ядро Солнца, разогревается и в ней вновь инициируются термоядерные реакции. И мы живем, якобы, в период такого всплытия-погружения. На светимости Солнца такого рода процессы сказаться практически не смогли бы. Поскольку рожденные в тех же реакциях гамма-фотоны, непрерывно рассеиваясь на протонах и электронах, просачиваются сквозь толщу Солнца десятки миллионов лет. Но затем под давлением обнаруженного в экспериментах эффекта осцилляций нейтрино эта гипотеза приказала долго жить. Второе поколение нейтринных телескопов научилось фиксировать не только электронные нейтрино, но и мюонные, и тау-лептонные. Но главное, оно научилось определять направление, откуда прилетело нейтрино. В них нейтрино, столкнувшись с молекулой воды и выбив из нее электрон, показывает по направлению вылета электрона направление на источник нейтрино. Показывает потому, что электрон, движущийся в воде со скоростью больше скорости света в воде, излучает в направлении своего движения многие десятки мягких фотонов в конусе, угол раствора которого зависит от скорости электрона ( см. на рис. 3.8. схему черенковского излучения ). Рис. 3.8. Конус черенковского излучения. 1– частица, 2 – траектория частицы, 3 – фронт волны (c – скорость света, v – скорость частицы, n – показатель преломления среды, θ = c/nv ) . Такие телескопы представляют собой погруженные в глубины океанов, глубоких озер типа Байкала или льда Антарктиды крупные сосуды или гирлянды небольших сосудов с идеально чистой водой, окруженные множеством фотоумножителей: Рис. 3.9. Схема Байкальского нейтринного телескопа НТ-200 (взято в 0811.1109.pdf/arxiv.org) . В результате проведенных на новом поколении нейтринных телескопов наблюдений выяснилось, что общее число летящих от Солнца нейтрино хорошо согласуется с построенными астрофизиками стационарными моделями Солнца. Но в общем потоке достигших Земли этих нейтрино электронных оказалось примерно треть. А две трети солнечных нейтрино по дороге превратились мюонные и тау-лептонные нейтрино. Процессы спонтанного превращения нейтрино одного типа в другой назвали нейтринными осцилляциями (взаимопревращениями). И их природу мы обсудим в следующем псто.