Обработка результатов серии экспериментов, проведённых в Японии, не оставляет места для сомнений: десятилетиями мучившая учёных проблема пропавших солнечных нейтрино наконец-то решена.
В физическом эксперименте Токай — Камиока наконец-то получены надёжные данные о превращении нейтрино одного вида в нейтрино другого вида — причём со значительной статистической точностью.
Буквально за одну тысячную секунды, проведённую между ускорителем и детектором (внизу), часть нейтрино успели превратиться в нейтрино другого типа. (Здесь и ниже иллюстрации T2K.)
Пучок нейтрино, созданный Японским протонным ускорительным исследовательским комплексом (Japan Proton Accelerator Research Complex, J-PARC), находящимся в деревне Токай, был направлен в детектор Super-Kamiokande, расположенный в удалённой от источника нейтрино на 295 км бывшей цинковой шахте Камиока на глубине 1 км.
Эксперимент стартовал довольно давно. Но из-за трагического землетрясения 2011 года и последовавших за ним событий собрать полную статистику удалось много позже запланированного. Тем не менее ожидание того стоило. J-PARC разгонял протоны, сталкивая их с материалом мишени, что создавало в основном положительные пионы, распадавшиеся на антимюоны и мюонные нейтрино. Именно последние направлялись к Super-Kamiokande — ёмкости из нержавеющей стали, наполненной 50 000 тоннами воды, на стенках которой находились 11 146 фотоумножителей, регистрирующих различные типы нейтрино.
При этом за время эксперимента из прибывавших нейтрино 28 оказались не мюонными, а электронными — то есть с признаками превращения одного типа в другой буквально на лету.
Если бы эти нейтрино были случайностью, по всем расчётам их не могло быть более пяти, поэтому сейчас вероятность ошибочной регистрации осцилляции (спонтанного превращения нейтрино одного вида в другой) расценивается как меньшая, чем один к триллиону.
Предположения о возможности таких превращений, разумеется, уже делались в литературе, причём даже на основании некоторых опытов, но объём накопленных данных не позволял говорить об осцилляции как о физическом факте. «Теперь мы можем говорить об открытии», — уверен Дэвид Уорк (David Wark) из Научно-технологического совета Великобритании, один из участников эксперимента Токай — Камиока.
Итак, нейтрино трёх типов вполне могут спонтанно превращаться друг в друга. Данные детектора вполне недвусмысленно подтвердили гипотезу, выдвинутую Понтекорво 56 лет назад.
Открытие не только подтверждает гипотезу о возможности осцилляций, высказанную советским физиком Б. М. Понтекорво в 1957 году, но и окончательно закрывает проблему солнечных нейтрино, а именно то, что количество регистрируемых солнечных электронных нейтрино в два–три раза меньше, чем предсказывает стандартная солнечная модель современной физики.
Отчёт об исследовании представлен 19 июля на собрании Европейского физического общества в Стокгольме (Швеция).
Подготовлено по материалам Коллаборации Токай — Камиока.
Александр Березин
