Когда же мы поймём, что теряем?

 

Не далее как в прошлом месяце ученый мир физиков и астрофизи­ков, людей, занимающихся наукой о Вселенной, всколыхнуло сообще­ние о результатах экспериментов на гигантской японской подзем­ной установке, которая называ­ется СУПЕРКАМИАКАНДЭ. В со­общении говорится, что обнару­жены, осцилляции нейтрино, чем подтверждается предположение теоретиков о том, что нейтрино имеют массу.  Прокомментировать это собы­тие мы попросили члена-коррес­пондента РАН Семена Соломоно­вича ГЕРШТЕЙНА.

 

Нейтрино - загадочная части­ца. Может быть, самая загадочная из тех, что мы знаем. Их особенность  - колоссальная проникающая спо­собность. Можно привести такой пример: нейтрино, испущенные из центра Солнца, могли бы без столк­новений, с большой вероятностью, пройти всю солнечную систему, да­же если бы та была заполнена чугу­ном. Фантастическая проникающая способность обуславливает колос­сальное значение нейтрино в явлени­ях природы.

/Профессор С,С, Герштейн.  Фото из газеты/

Известно, что нейтрино влияют на эволюцию звезд. В таких явлениях, как вспышки сверхновых звезд (ко­торые выделяют света столько же, сколько сто миллиардов галактичес­ких солнц), роль нейтрино заключа­ется в том, что они «выносят жар» изнутри звезды наружу. В 1987 году в 150 тысячах световых лет от нас в Магеллановом облаке произошла по­добная вспышка, и нейтрино от нее были .зарегистрированы тремя установками на Земле, в том числе Баксанской нейтринной обсерваторией на Кавказе.

Вы спросите, как же это могло про­изойти, если нейтрино не оставляет следов? Представьте, что у вас есть куб детектора. Вероятность того, что нейтрино пролетит этот куб и столк­нется, составляет примерно 10^-18. Но если этот куб стоит за защитой реа­ктора, недалеко, то тогда на каждый квадратный сантиметр в секунду по­падет 10¹³ нейтрино. Значит, на весь квадратный метр падает 10¹⁷, и поэ­тому вероятность того, что одно из этих нейтрино провзаимодействует в детекторе, будет 0,1 за сек. Таким образом, за 10 секунд будет происхо­дить одно нейтринное событие, и ес­ли вы имеете чувствительный детек­тор, сможете регистрировать реак­ции, вызванные нейтрино. Ясно, что чем меньше потоки нейтрино, тем больше должна быть масса детектора для их регистрации.

Мы знаем, что существует три типа нейтрино: электронные, мюонные и так называемые тау-нейтрино. Мас­сы их очень малы. Во всяком случае, масса электронного нейтрино из ла­бораторных экспериментов составля­ет меньше одной стотысячной элект­рона, но массы мюонного и тау-нейтрино могут быть большими. В принципе, если масса тау-нейтрино в 50 тысяч раз меньше,  чем масса электрона, то можно с уверенностью сказать, что наш мир почти на 90 процентов по массе состоит из этих нейтрино. Нейтрино способствуют образованию крупномасштабных структур Вселенной: галактик, скоп­лений галактик, и объясняют очень многие явления во Вселенной.

Ней­трино, испускаемые солнцем, доно­сят до нас информацию о процессах, происходящих на нем, позволяют нам «заглянуть» в центр Солнца, по­скольку нейтрино обладают колос­сальной проникающей способно­стью. И вот здесь возникают пробле­мы. Ученые недосчитываются числа нейтрино, испускаемых Солнцем, и, возможно, причина как раз в том, что электронные нейтрино, которые испускает Солнце, переходят в другой тип нейтрино, которые не реги­стрируются нашими приборами.

Очень важно изучать ос­цилляции нейтрино, потому что за ними стоят такие природные силы, которые пока выходят за рамки на­ших представлений. Это силы, кото­рые могли бы возникать благодаря объединению всех сил Природы: сла­бых, электромагнитных и сильных. И эти силы могли бы не только вызывать осцилляции нейтрино, но и распады, например, протона. В част­ности, я могу сказать, что в некоторых моделях теории великого объ­единения появляется возможность существования магнитного заряда монополя. Как показал в свое время В.Рубаков, монополь может вызы­вать, катализировать распад прото­нов. Если мы достанем такой моно­поль (если он где-то сохранился во Вселенной), то мы сможем получать энергию "из ничего": просто протон под действием монополя распадает­ся, выделяет энергию, а монополь со­храняется, делит следующее ядро и так далее. Пример сейчас кажется фантастическим, но вполне возмож­ным.

Из-за важности проблемы нейтри­но для космологии, астрофизики, для познания мира элементарных частиц и его единства, в частности, для изучения солнечных нейтрино во всем мире предпринимаются ко­лоссальные усилия. Вы знаете, у нас работает на Баксане установка, основанная на идее российских ученых В.Кузьмина и Г.Зацепина о том, что можно использовать элемент гал­лий, чтобы наблюдать основную мас­су нейтрино, испускаемых Солнцем. Такие же опыты производятся в под­земных лабораториях в Италии, но там есть еще более грандиозные при­боры. Такие работы проводятся в Америке. Планируютя опыты на дальних нейтрино, когда нейтрино от ускорителя будут направляться в эти подземные лаборатории или мо­ря, чтобы их там детектировать. За­мечательная установка для регист­рации космических нейтрино есть на Байкале, руководит ею профессор Г.Домогацкий и, несмотря на все трудности, справляется.

В этом ряду стоит и японский ней­тринный детектор СУПЕРКАМИА­КАНДЭ. Он представляет собой ци­линдр высотой 40 метров, то есть примерно как 13-этажный дом, и диаметром 40 метров, наполненный очень чистой водой, где по стенкам этого «бака» расположены фотоумножители, которые регистрируют черенковский свет, возникающий в результате того, что электронные нейтрино, рассеиваясь, сообщают свою энергию электронам или мюон­ные нейтрино сообщают энергию мюонам. Работают они на так назы­ваемых атмосферных нейтрино. Де­ло в том, что космические лучи вы­соких энергий при попадании в атмосферу производят реакции, в результате которых образуются пи- и ка-мезо­ны, которые распадаются на мю-мезоны, мюонные нейтрино, на элект­ронные  нейтрино.   В  этом  эксперименте было замечено, что, грубо говоря,  число мюонных нейтрино, ко­торые приходят сверху и рождают мюоны внутри этой установки (нахо­дящейся, напоминаю, глубоко под землей и под защитой от заряжен­ных частиц),отличается от числа нейтрино, идущих из-под земли, и меньше него примерно в два раза. Поскольку мы знаем, что нейтрино может практически без столкнове­ний проходить всю землю, то этот результат означает, что данный сорт нейтрино переходит в другой, кото­рый нерегистрируем, что и есть "осциляция нейтрино", и она обязатель­но свидетельствует о наличии у нейтрино массы. Ведь безмассовое ней­трино летело бы со скоростью света, «догнать» его было бы нельзя, поэто­му оно и перейти никуда не может. Вследствие этого полученный на СУПЕРКАМИАКАНДЭ результат иск­лючительно важен.

Уже на другой день после того, как. физики объявили о своих выводах, американский президент Билл Клинтон в своем выступлении в Массачусетском университете, отреагировал должным образом. Во-первых, он дал высокую оценку этому собы­тию, во-вторых, отметил, что хотя оно сделано и в Японии, но при участии американских физиков и при инвестиционной поддержке Департа­мента по энергии Соединенных Шта­тов  (СУПЕРКАМИАКАНДЭ обошел­ся в 100 миллионов долларов).И в-третьих, отметив важность исследо­ваний, проводящихся на ускорителе Лаборатории им. Ферми в штате Иллинойс, высказал мысль о том, что "два года назад американский парла­мент «поторопился» закрыть проект суперколлайдера SSC"...

Всем известна любовь американцев к сенсаци­ям, особенно когда есть повод прославить на­цию. А здесь, конечно, повод налицо. Поэтому известие сразу же попа­ло в сеть ИНТЕРНЕТ, и новость разлетелась по всему миру. Ученые же ждут научных публика­ций. Проект статьи о результатах, полученных на СУПЕРКАМИАКАНДЭ, я видел. Он был послан в жур­нал PHYSICAL REVIW и был более сдержанным в оценках (ученые, в основном, не любят сенсаций и не верят им). Других публикаций пока нет. Результаты, действительно, впе­чатляющи, но хотелось бы подож­дать, чтобы они были проверены в других независимых лабораториях.

Примечательно, что в связи с полу­ченными на СУПЕРКАМИАКАНДЭ результатами Клинтон подтвердил признание важности фундаменталь­ной науки. Ведь в одно время возоб­ладало мнение, что в связи с окончанием холодной войны американцы стали придавать меньшее значение фундаментальным физическим ис­следованиям, в подтверждение при­водился, в частности, факт закрытия проекта SSC.

/Один из вертикальных стволов тоннеля SSC. Фото не  из газеты/

Но это мнение поверхностное,  дело в том, что база фундаментальных наук, которая имеется в Амери­ке, настолько велика, что со всего света влечет к себе ученых с их иде­ями. За счет притока ученых из Рос­сии и стран СНГ Америка на много лет обеспечила свои кадры научных сотрудников работой и идеями. Кро­ме того, надо видеть новую тенден­цию - в отношении к фундаменталь­ным наукам в мире: финансирование их опять стало расти, и притом заметно.

В Америке группой из 50 се­наторов был поставлен вопрос об уве­личении ассигнований именно на фундамен­тальную науку в ДВА раза, хотя они и сейчас колоссальны, потому что складываются не только из средств федерального бюджета, но и бюдже­тов штатов, и средств отдельных спонсоров. И есть уверенность, что сенат примет такое решение. Да, они закрыли ускоритель SSC, но сейчас там на правительственном уровне с участием Департамента по энергии (аналогом нашего Минатома) обсуж­даются куда более грандиозные про­екты таких ускорителей: не 20 на 20, а 100 на 100 ТэВ! Они обсужда­ют также план линейного электрон-позитронного коллайдера (ко­торый собирался делать в Протвино профессор В.Балакин с коллективом Филиала Новосибирского ИЯФа де­сять лет назад). Они также обсужда­ют проект мюонного коллайдера на энергию 2 на 2 ТэВ. Таких колоссальных проектов несколько, и из них будут выбраны один или два. Это свидетельствует о том, насколь­ко глубоко в Америке осознана важ­ность фундаментальных наук после того, как первую атомную бомбу сде­лали  в  основном европейские ученые. Американ­цы - известные прагмати­ки, но и они убеди­лись, что фундаментальная наука в конечном итоге вещь весьма полезна практиче­ски. Пример - те же компьютеры, которые возникли при разработке ядерной бомбы, развились в физике высоких энергий и теперь сделали настоящую революцию.

Не могу здесь не вернуться к отече­ственной истории этого вопроса. В 30-е годы ядерная физика казалась совершенно абстрактной наукой. Не­дальновидные чиновники добива­лись  закрытия лаборатории И.В.Курчатова, А.М.Алиханова в Ленинградском физико-техническом институте. Но тогда ученые смогли достучаться до правительст­ва, эти работы продолжались, и поэ­тому нашлись умы, способные создать для страны ядерный щит. Большую роль, конечно, сыграла разведка, но её главная роль заключалась в том, что  она получала сведения о том,      какие работы ведутся за грани­цей. Часто случалось, что на прове­дении именно таких работ еще рань­ше настаивали наши ученые. Кроме того, те важные сведения, которые сообщались разведкой, попадали в подготовленные головы наших уче­ных, а без этого ничего бы не было! Поэтому думать, что наша область науки, изучение элементарных час­тиц или исследование космоса - это отвлеченные задачи, нужные только ученым, неправильно. Стала пошлой расхожая фраза о том, что «ученые за государственный счет удовлетво­ряют свое любопытство». Мало того, что она выражает непонимание сути научного творчества. В устах чинов­ников, спекулирующих этой фразой, она зловеща для науки. Нам, в отли­чие от наших предшественников, до­стучаться до правительства со своим пониманием того, что грядущий век - это век научного и технологичес­кого лидерства, пока не удается. Это грозит катастрофическими последствиями. Наш патриотический долг не сдаваться и бороться до конца. Но многое зависит от самих нас.

Возьмите такой пример. У нас в ИФВЭ есть прекрасный комплекс меченых нейтрино с нейтринным де­тектором БАРС. Такая установка мо­жет измерять энергию нейтрино, оп­ределять ее тип, и она лучше всего приспособлена для поиска осцилля­ции. И, представьте, из-за недостат­ка средств нам предлагалось сверхценный, сверхчистый аргон из детектора продать! Ученым с большим трудом удалось отстоять установку. И хотя наш ускоритель из-за отсутствия средств на оплату  электроэнергии месяцами не работает, эта установка может детектировать космические частицы, и вот уже 15 месяцев она меряет космиче­ские мю-мезоны. А это важнейшая часть единой науки о природе.

 

Напомню, что в свое время, задав­шись вопросом - откуда солнце и звез­ды черпают свою энергию, - ученые открыли термоядерные реакции. Первым среди них был профессор Г.Гамов. Это несомненно величай­ший физик XX века. В 1934 году он покинул Россию, работал в Париже. Когда его пригласили работать в Америку, он взял с собой ассистен­том Э.Теллера из лаборатории Нильса Бора, который, занимаясь с Г.Гамовым термоядерными реакция­ми в звездах, стал впоследствии «от­цом» американской водородной бом­бы.

Изучая элементарные частицы и космос, мы лучше познаем силы природы, и не может быть, чтобы это Не было использовано. Но вот ес­ли мы сейчас потеряем наш потенци­ал, то восстановить его сможем толь­ко через десятки лет. В этом случае Россия в XXI веке будет обречена на техническую  отсталость. Наш долг не допустить этого.

 

  По материалам: Лидия Разумова,  газета "Ускоритель" - 21 августа 1998 г .