нейтрино

Про нобелевку 2015 на пальцах™

Нобелевскую премию по физике (как мы все с вами понимаем - главную из всех нобелевских премий) в 2015м году получили японец Такааки Кадзита и канадец Артур Макдональд за открытие массы нейтрино.

Что неудивительно. Япония и Канада сегодня являются лидерами в области нейтринных исследований (наряду с Антарктидой), за нейтрино будущее, нейтрино в каждый дом!

Это шутка. Нейтрино итак в каждом доме полным полно. Через квадратный сантиметр любого участка планеты Земля (включая участки вашего тела) в секунду проходят около 70 миллиардов солнечных нейтрино. Каждую секунду. И это считая только солнечные нейтрино, если не брать нейтрино от других звезд космоса.

Нейтрино - фундаментальная элементарная частица, которая рождается в центре Солнца при термоядерной реакции. Она практически при любой ядерной реакции рождается, даже при обычном природном радиоактивном распаде урана, Вселенная полна летающих туда-сюда нейтрино, они шпарят из всех звезд и галактик, как я уже говорил одно наше Солнце ежесекундно(!) производит порядка 1038 этих частиц. Причем не задерживаясь Солнцем (они почти ничем вообще не задерживаются), те пролетают сквозь Солнце, потом, если в у вас сейчас ночь, сквозь планету, и в конечном итоге умудряются пролететь насквозь ваше тело, чтобы составить те 70 миллиардов частиц, ежесекундно щемящихся сквозь каждый квадратный сантиметр на поверхности Земли.

Нейтрино не имеют электрического заряда и движутся очень быстро, практически со скоростью света. Зафиксировать движутся ли они ровно со скоростью света, или все-таки чуточку медленней нашими приборами пока плохо получается. Многие возможно помнят нашумевшее пару лет назад заявление исследователей итальянского эксперимента OPERA, о том, что у них нейтрино двигались даже быстрее скорости света. Что породило шквал анекдотов и фотожаб в Интернете, ошибку в расчетах впоследствии нашли, но осадочек остался. Движутся ли нейтрино точно со скоростью света, или мала-мала, но медленней - очень важно для понимания их сущности. Это прямой ответ - имеют ли нейтрино массу (покоя), как раз то, за что в этом году дали нобелевскую премию.

Но решение этого вопроса ученые нашли совсем с другого конца, о чем и хочу сегодня рассказать на пальцах™.

Итак, нейтрино - нейтральные частицы, со скоростью почти или равной скорости света и массой почти или равной нулю. Плюс это еще и чрезвычайно трудноуловимые частицы! Например самый известный эксперимент по поимке и регистрации солнечных нейтрино (которые в количестве 70 миллиардов штук ежесекундно пронизывают каждый квадратный сантиметр поверхности планеты) за месяц своей работы смог зафиксировать 30 нейтрино. Не 30 миллионов, а 30 штук. В среднем по одному нейтрино за сутки. Тут не до взвешивания нейтрино и не до определения его скорости, тут хотя бы поймать его, и то огромная проблема.

Давно уже установили, что масса нейтрино должна быть очень-очень маленькой. Почти ноль. Или ровно ноль. Но вот почти или ровно, на это до сих пор не было четкого ответа.

Однако ученые решили пойти другим, кружным путем. Нам известно, что нейтрино бывают трех разновидностей, трех ароматов, трех сортов. Это электронное, мюонное и тау нейтрино, в каждой конкретной ядерной реакции рождаются совершенно определенные разновидности. Японец и канадец, получившие нобелевскую премию смогли доказать, что эти три вида нейтрино могут превращаться друг в друга. Хоть, тут как обычно, этой проблемой занимались целые институты, не только в Японии и Канаде, но и в США и в России тоже, однако премии все-таки дают конкретным людям, а не исследовательским группам. Причем выяснилось, что нейтрино не просто могут превращаться, а только тем и занимаются, что поочередно трансформируются друг в друга, тау превращается в мюонное, мюонное в электронное, а электронное опять в тау, и дальше по кругу. Этот процесс называется нейтринные осцилляции (т.е. превращения, собственно), такую идею еще в 60х годах выдвинулсоветский ученый итальянского происхождения Бруно Максимович Понтекорво.

Теперь, как же открытие нейтринных осцилляций позволило догадаться о наличии массы у нейтрино? Это казалось бы, не совсем связанные понятия, но внимательно следите за руками, точнее за пальцами!

Если у нейтрино существуют осцилляции (превращения), значит нейтрино - не застывший кусок энергии, для которого не существует времени. Раз частица претерпевает какие-то изменения в течении своей жизни, значит эта самая жизнь у нее есть. Значит нейтрино образно говоря "живет", имеет смену фаз - сегодня оно было электронным, а завтра уже мюонное. Такие или похожие превращения в мире элементарных частиц случаются, это не какая-то редкость, теперь вот обнаружили и у нейтрино.

Но если нейтрино превращается и живет, значит оно не двигается со скоростью света! Ибо только фотон, летящий со скоростью света не имеет понятия о времени, для него всегда "сейчас", время при движении со скоростью света полностью останавливается, а Вселенная застывает.Почему так происходит рассказывается в отдельном посте "Специальная Теория Относительности на пальцах™" Можно сказать, что с точки зрения фотона (это важно! именно с точки зрения фотона, а не стороннего наблюдателя!) времени вовсе не существует, а фотон движется из любой точки Вселенной в любую другую точку Вселенной абсолютно мгновенно, с бесконечной скоростью. Сама мысль о бесконечной скорости и мгновенном перемещении вызывает у физиков изжогу, от чего специальным научным указом фотон понизили в гражданских правах и запретили ему иметь свою точку зрения. Сколько наблюдателей во Вселенной, столько и точек зрения, и все они относительны друг друга (см. Теорию Относительности) и только у фотонов своей точки зрения нет, и быть не может, так решили ученые.

До скорости света добраться нелегко. Любой предмет, имеющий массу покоя, не может этого сделать, на это придется потратить бесконечную энергию, а у фотонов массы покоя просто нет, вот и энергию тратить не надо. Они сразу рождаются, живут и умирают со скоростью света, т.е. со своей точки зрения (которую у фотона, повторюсь, отобрали) - мгновенно, и никакой разницы между рождением, жизнью и смертью для фотона нет. Ну, а раз нейтрино претерпевает какие-то перемены, раз у него есть жизнь, значит движется оно со скоростью ниже скорости света. Значит имеет отличную от нуля массу покоя.

Что и требовалось доказать. Нейтрино имеют массу, за это и дали нобелевку по физику в этом году.