18 июня сообщено о последних результатах по регистрации
солнечных нейтрино в эксперименте Садбюри, Канада. Данные, вместе с данными
японского эксперимента Супер-Камиоканде представляют
сильное свидетельство в пользу осцилляций солнечных нейтрино: значительная часть
солнечных электронных нейтрино по пути превращаются в нейтрино другого типа.
Загадка солнечных нейтрино жива более 30 лет: их поток
примерно вдвое ниже того, что должны давать термоядерные реакции,
поддерживающие светимость Солнца. Нейтринные осцилляции - одна
из гипотез издавна привлекавшаяся для
объяснения этого парадокса.
Осцилляции - хорошо известный квантомеханический эффект, возникающий,
когда есть две частицы с разными массами, которые могут превращаться друг
в друга. Чтобы нейтрино могли осциллировать требуется ненулевая масса нейтрино
и возможность несохранения лептонного числа. Ни то ни другое пока не
подтверждено. Таким образом, открытие нейтринных осцилляций решило бы не
только загадку солнечных нейтрино, но и многое дало бы для теории частиц.
Поэтому в последнее время нейтринные осцилляции ищут несколькими разными
методами (см. статью Буткевича в "Scientific.ru").
Установка в Садбюри - один из подземных монстров, каковыми
являются нейтринные обсерватории конца века. Расположена в шахте
на глубине двух с чем-то километров (6100 м водного эквивалента).
Основной детектор - 1000 т. сверхчистой тяжелой воды,
D2O, заключенные в сферический сосуд из акрила
диаметром 12 м. Эта сфера помещена в бочковидный резервуар со
сверхчистой обычной водой высотой 34 м и диаметром 22 м.
Тяжеловодная сфера просматривается 9456 фотоумножителями,
регистрирующими черенковское излучение частиц.
В эксперименте регистрировались электроны от двух каналов взаимодействия
нейтрино:
Электронное нейтрино + дейтрон -- протон + протон + электрон
и упругое рассеяние нейтрино на электроне. В первом случае
(заряженный ток) нейтрино может быть только электронным, во втором случае
(нейтральный ток) - любым.
Оказалось, что поток электронных нейтрино, дающих заряженный ток
меньше, чем поток нейтрино, дающих упругое рассеяние на электроне.
Если привлечь данные Супер-Камиоканде по упругому рассеянию,
которые имеют близкий порог и меньшую ошибку, то разница в потоке
с данными Садбюри по заряженному току составит 3 сигма (На
Супер-Камиоканде заряженный ток измеряться не может из-за того,
что там обычная вода, без дейтерия). Это вполне значимый
результат. Вывод: в потоке от Солнца присутствуют разные типы
нейтрино в то время, как в Солнце рождаются только электронные
нейтрино. Т.е. электронные нейтрино превращаются по пути в мюонные
и тау нейтрино. Чтобы объясинть рассогласование в реакции с
заряженным током и рассеянием нужно предположить, что нейтрино
всех типов, электронных, мюонных и тау в потоке примерно поровну.
Это соответствует полному смешиванию (максимальный угол
смешивания) нейтрино: стартуя как электронное из-за многократных
переходов нейтрино равномерно перераспределяются между тремя
разными типами.
Данные относятся к самым жестким нейтрино борного цикла. В случае
полного смешивания, поток борных нейтрино примерно соответствует
теоретическим оценкам, и похоже, парадокс дефицита солнечных
нейтрино исчезает.
Однако, несмотря на несомненный прогресс в проблеме солнечных
нейтрино, который дают эти данные, окончательные выводы делать
рано. Во-первых, точность недостаточна для уверенных оценок.
Во-вторых, борный цикл не является основным источником солнечной
энергии, нужны оценки того, как скажутся осцилляции на нейтрино
основного протонного цикла и насколько это соответствует данным по
мягким нейтрино, регистрируемым в галлий-германиевых
экспериментах. В третьих, есть альтернативное объяснение дефицита
нейтрино - переворот спина частиц в магнитном поле.
Видимо в ближайшее время последует волна теоретических работ, где эти вопросы
будут тщательно рассмотрены.
Б.Ш.
