Запах нейтрино

Учора Нобелівською премією з фізики відзначили японського вченого Такакі Каджита та канадця Артура Макдональда за дослідження про те, як нейтрино змінюють свої «аромати». Нейтрино — це всюдисуща субатомна частинка з майже нульовою масою, яка дуже рідко взаємодіє з іншими частинками матерії, що робить її дослідження неймовірно складними. Як уже вказує сама назва цієї елементарної частинки, вона має нульовий електричний заряд. Щосекунди через наші тіла пролітають мільярди нейтрино. Затримати частинку може лише зіткнення з ядрами атомів. Але останні займають мізерну частину простору. Нейтрино мають властивість, яку фізики з великою часткою фантазії та поетичності назвали запаховою. Нейтрино можуть мати три запахові стани (електронні, міонові та таонові), але в детекторах, таких як Super-Kamiokande, можна виявити лише один із запахів — електронний.

У вже відомих на цей час моделях процесів, які відбуваються всередині найближчої до нас зірки — Сонця, наводиться кількість нейтрино, які повинні долітати до Землі. Але проблема в тому, що вчені реєструють у детекторах утричі менше частинок, ніж теоретично повинні. Цю задачу назвали проблемою сонячних нейтрино, а до її розв’язання доклали зусиль цьогорічні лауреати. Вони запропонували теорію, згідно з якою, нейтрино може змінювати свій запаховий стан. І вона мала сенс — якщо є три запахові стани, а ми реєструємо лише третину нейтрино, то частина нейтрино, яких бракує, після відльоту з Сонця так змінилася, що ми не можемо їх виявити.

Але щоб таке рішення діяло, нейтрино повинне мати масу, яка не є нульовою. Таке відкриття було зроблене глибоко під землею, в гігантських резервуарах, заповнених абсолютно чистою водою. Детектор Super-Kamiokande розташований у японському місті Хіда на глибині один кілометр, і його резервуар заповнений 50 тисячами тонн води. Гігантський резервуар має висоту і діаметр 40 метрів. Якщо якесь нейтрино зіштовхнеться з іншою частинкою (а таке трапляється дуже рідко), то з’являється червоне випромінювання, яке виявляє один iз 11146 фотопідсилювачів, тобто «електронних очей», які слідкують за резервуаром. Дослідження, подібні до японських, також проводилися на канадському детекторі «Обсерваторія нейтрино» у місцевості Садбері. Науковці з обох центрів повідомили про результати своїх досліджень 1998 та 2001 року. Вони довели, що досі відома теорія, ніби нейтрино не мають маси, є помилковою. Щоб змінити свій стан запаху, частинка повинна мати масу. Тож нове відкриття нобелівських лауреатів змінило сучасні уявлення про елементарну будову Всесвіту.