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.
![s_gersh1 (106x160, 9Kb)](//img0.liveinternet.ru/images/attach/d/0/143/392/143392280_s_gersh1.gif)
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.
![neutrino_joke (300x218, 13Kb)](//img1.liveinternet.ru/images/attach/c/2/74/576/74576679_neutrino_joke.jpg)
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.
/схема не из газеты/
Идея о таких переходах (или осцилляциях) была высказана впервые великим ученым Бруно Понтекорво, а в применении к солнечным нейтрино была высказана замечательная гипотеза российских физиков Михеева и Смирнова, которая могла бы объяснить существующие результаты.
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.
![ssc_dyra1 (205x165, 18Kb)](//img0.liveinternet.ru/images/attach/d/0/143/401/143401122_ssc_dyra1.gif)
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 .
Серия сообщений "Публикации о С.С. Герштейне":
Часть 1 - Последний отпуск Сахарова
Часть 2 - Друг Билл пожалел, что закрыл SSC
Часть 3 - В память об Ефиме Славском
Часть 4 - Явление монополя в доверчивой газете
...
Часть 13 - Ушел академик Семен Соломонович Герштейн
Часть 14 - Погасла «Звезда Физтеха»
Часть 15 - Кончина С.С. Герштейна /официальный некролог/