Все мы помним недавние достижения нейтринной физики -- нейтрино, оказывается, действительно
осциллируют и действительно имеют ненулевую массу. В связи с этим очень хочется
попытаться подтвердить вывод о массивности нейтрино каким-нибудь совершенно иным способом.
Наиболее прямой метод -- это исследование кинематики бета-распада какого-либо элемента,
очень желательно с низким энерговыделением. Поскольку при этом распаде имеется три частицы
в конечном состоянии и они могут разлететься под разными углами, энергия каждой их них не фиксирована,
а может меняться в определенных пределах. Легче всего измерять энергию электрона.
Так вот, нетрудно понять, что если нейтрино обладают ненулевой массой, то
распределение электронов по энергии будет иным, чем в случае безмассового нейтрино.
Особенно сильны искажения этого спектра вблизи точки максимальной энергии.
И именно за этими искажениями уже давно охотятся экспериментаторы.
Долгое время загадкой был парадоксальный результат группы Любимова, которые получили
отрицательный квадрат массы нейтрино в экспериментах по бета-распаду трития.
Аккуратная проверка эксперимента показала,
что причина здесь кроется в неучтенных систематических эффектах, на которые закрывали глаза.
Например, при распаде начальная или конечная молекула могла быть возбуждена, и это
оказывается достаточно, чтоб исказить форму спектра. Сейчас такие нежелательные
эффекты поняты и преодолены, и современное ограничение сверху на массу нейтрино из
тритиевых поисков составляет 2.2 электрон-вольта.
В эксперименте [1] был проведен аналогичный эксперимент, но только не с тритием, а с бета-распадом
рения-187. Этот распад был выбран благодаря очень малому энерговыделению -- всего 2.5 кэВ.
Это действительно маленькая величина: ведь распад-то здесь идет ядерный,
а типичные ядерные энергии -- это МэВы. Кроме того, этот изотоп рения составляет
примерно 63% от всего присутствующего в природе рения.
Важным новшеством работы [1] по сравнению с традиционным методом исследования
электронного спектра явилось болометрическое -- то есть, тепловое -- измерение
энергии электрона. То есть, регистрировалось не ионизация, которую вызывает
электрон, а тепло. Это оказалось возможным за счет криогенно низких температур
детектора, а также за счет того, что теплоемкость кристалла падает с температурой как
куб температуры. В результате темплоемкость оказывается такой низкой,
что даже при небольшом энерговыделении термодатчики чувствуют сигнал. Вот вам
и непосредственное использование формулы Дебая в технике!
Основной результат эксперимент таков:
масса электронного антинейтрино меньше 21.7 эВ (на уровене достоверности 90%).
Побочным результатом эксперимента явилось самое точное определение
энерговыделения в данной реакции 2466.1 +/- 2 эВ и периода полураспада рения-187:
43.2 +/- 0.3 миллиарда лет. Это число может быть очень полезным при определении
возраста минералов и метеоритов по содержанию в них рения и осмия.
Эти результаты пока не перебили тритиевого предела, но ведь и эксперимент еще не закончен!
Кроме того, всегда полезно иметь несколько различных измерений одной и той же величины
-- просто для проверки того, что нет никакого случайного просчета.
И послесловие -- для тех, кто любит утверждать, что все выводы в физике базируются
на единичных экспериментах и поэтому очешь шаткие. Вот хороший пример нормального
научного подхода: даже если эффект (ненулевая масса нейтрино) обнаружен в одном типе экспериментов
(осцилляции), мы пытаемся обнаружить его и в совершенно иных экспериментах.
Без подобных кросс-проверок современная экспериментальная физика немыслима.
Ссылки:
[1] C. Arnaboldi et al., hep-ex/0302006.