Свежий номер №19 (396)  / Передовой фронт европейской физики
 
Дата публикации: 21.05.2001

Сергей Петрушанко, hammill@ncport.ru

 
<<  Страница 1
Врезка: Последний элемент Стандартной модели

Последний элемент Стандартной модели

В 20-х годах прошлого века, в период блестящих открытий в области строения материи, ученые всего мира пытались найти объяснение очевидному нарушению закона сохранения энергии при радиоактивном распаде: суммарная энергия частиц и гамма-квантов, образующихся в результате распада, всегда оказывалась несколько меньше энергии частиц, вступающих во взаимодействие.

Самым удачным оказалось предложение швейцарского физика-теоретика Вольфганга Паули, который ввел понятие некоей нейтральной частицы, «ответственной» за «потерянную» часть энергии. Развивая идеи Паули, ученые пришли к выводу, что гипотетическая частица должна обладать нулевой (или, точнее, близкой к нулю) массой и «строить свои взаимоотношения» с другими частицами на основе так называемого слабого взаимодействия. Физики-ядерщики многих стран пытались экспериментально подтвердить существование теоретически вычисленной частицы, которая получила имя нейтрино, однако успехи в этом направлении были достигнуты лишь спустя десятилетия.

Наблюдение нейтрино дело сложное, так как эта частица слабо взаимодействует с веществом. Из-за этого потоки нейтрино достигают Земли быстрее, чем кванты света, приходящие из глубин космоса. Так, например, при образовании сверхновой звезды SN1987А (первая из сверхновых, зарегистрированная современными телескопами) поток нейтрино вырвался из области космического взрыва значительно быстрее света и достиг Земли на восемь часов раньше первых фотонов. Это было установлено в ходе двух независимых экспериментов, проводимых в подземных экспериментальных установках в США и Японии. Удалось зарегистрировать в общей сложности 20 частиц из более чем 1057 нейтрино, которые, по оценке ученых, образовались при коллапсе звезды.

Стандартная модель утверждает, что существует только три типа нейтрино - электронное vе, мюонное vm и тау-нейтрино - vt. Из них последнее самое «неудобное» для наблюдения, потому оно и было экспериментально открыто на тридцать лет позже своих «сестер». Для наблюдения тау-нейтрино в 1997 году усилиями ученых из США, Японии, Кореи и Греции на крупнейшем ускорителе Tevatron в Лаборатории Ферми (США) был начат эксперимент DONUT (сокращение, образованное от Direct Observation of the NU Tau - «прямое наблюдение ню-тау»).

На ускорителе формировался поток высокоэнергетичных нейтронов, которые, сталкиваясь с ядрами вольфрамовой мишени, порождали тау-лептоны. Последние претерпевали распад с образованием тау-нейтрино. Поток нейтрино направлялся на мишень из толстых листов железа, проложенных слоями фотоэмульсии для регистрации следов взаимодействия частиц. При прохождении через вещество мишени лишь одна из миллиарда миллиардов частиц могла вступить во взаимодействие с ядром железа, в результате чего образовывался тау-лептон, распад которого и свидетельствовал о существовании тау-нейтрино характерным следом длиною в один миллиметр в эмульсионном слое детектора.

20 июля прошлого года после шести месяцев непрерывного эксперимента физики-ядерщики смогли уверенно сказать, что тау-нейтрино обнаружено. Анализ треков, который проводился при помощи камер на основе приборов с зарядовой связью и ЭВМ, позволил в конечном счете выявить четыре события, вызванных образованием тау-нейтрино.

По словам участника эксперимента Байрона Лундберга (Byron Lundberg), это была иголка в стоге сена: в общей сложности было зарегистрировано шесть миллионов потенциальных взаимодействий частиц. Проанализировав огромное количество сигналов от различных элементов 15-метрового детектора, ученые отобрали лишь около тысячи событий-претендентов. И только четыре из них были признаны подлинными свидетельствами существования тау-нейтрино.

Получение прямого доказательства существования «ню-тау» отнюдь не означает завершения исследований в области изучения физики нейтрино. Ученым не терпится узнать, обладает ли нейтрино массой, и результат этих исследований может серьезно поколебать стройную структуру Стандартной модели, а также существенно изменить наши представления о зарождении и развитии вселенной, в том числе - решить загадку «темной материи». Соответствующие эксперименты уже идут в Японии, готовятся в Лаборатории Ферми и планируются в ЦЕРНе.

Александр Молодцов [a_molod@hotmail.ru]



 
<<  Страница 1
Врезка: Последний элемент Стандартной модели


Сергей Петрушанко
hammill@ncport.ru
 


<< Зеркало мира
Все материалы номера
Новая поза «Лотуса» - мобильная >>