Первые результаты работы Нейтринной обсерватории Садбери: объяснение недостатка солнечных нейтрино и обнаружение новых свойств у нейтрино.
Сегодня физики из Канады, Англии и США представили первые результаты решения загадки недостатка потока нейтрино от Солнца, которая уже 30 лет не давала покоя ученым. Сотрудниками нейтринной обсерватории Садбери (SNC) установлено, что эта загадка не связана с недостатком наших знаний о процессах, идущих на Солнце. Напротив, решение заключается в том, что солнечные нейтрино изменяют свой сорт за время полета из недр Солнца к Земле.
Нейтрино - это фундаментальные частицы материи, электрически нейтральные и, если результаты SNC верны, имеющие очень маленькую массу. Известно три типа нейтрино: электронное нейтрино, мюонное нейтрино и тау-нейтрино. Электронное (анти)нейтрино в паре с электроном излучается в огромных количествах в процессе ядерных реакций, идущих на Солнце. Еще в начале 1970-х годов в нескольких независимых экспериментах был измерен поток солнечных нейтрино, падающих на Землю. Оказалось, что измеренный поток нейтрино составлял только часть от теоретически ожидаемого потока, который был вычислен исходя из анализа энергетического баланса реакций, идущих на Солнце. Это означало, что либо несправедливы теории, описывающие физику процессов на Солнце, либо ученые что-то не понимают в поведении нейтрино.
В настоящее время с высокой степенью вероятности можно утверждать, что это различие обусловлено не проблемами в физических моделях Солнца, а самопроизвольными превращениями нейтрино одного сорта в нейтрино другого сорта во время их движения из недр Солнца к земному наблюдателю, говорит директор SNO проекта, профессор физики Королевского университета города Кингстон (Kingston), Онтарио, доктор Арт МакДональд (Art McDonald). Предшествующие экспериментальные измерения (см. заметку на нашем сервере) не были способны предоставить ясные доказательства того, что солнечные электронные нейтрино могут переходить в нейтрино других типов. Новейшие результаты, полученные SNO, в совокупности с результатами предыдущих экспериментов ясно обнаружили такие переходы и показали, что полное число электронных нейтрино, излученных Солнцем, находится в полном согласии с предсказаниями моделей Солнца.
Ученые SNO обнародовали свои первые результаты сегодня на ежегодной конференции Канадского физического общества (Canadian Association of Physicists) и послали статью с результатами работы в журнал Physical Review Letters. Невероятно волнительно, после стольких лет, затраченных многими людьми на создание SNO, получить столь интригующий результат, который следует из предварительного анализа наших данных, говорит английский координатор проекта, сотрудник Резерфордовской лаборатории и Университета города Суссекса, профессор Дэвид Вок (David Wark).
Доказательство того, что электронные нейтрино от Солнца переходят в нейтрино другого сорта весьма существенно для понимания строения мира на микроскопическом уровне. Осцилляции различных типов нейтрино запрещены в принятой на сегодняшний день Стандартной Модели элементарных частиц. Полученная в SNO новая информация должна быть учтена в новой более всеобъемлющей теории элементарных частиц.
Прямое наблюдение осцилляций солнечных нейтрино также является прямым доказательством наличия у нейтрино ненулевой массы покоя. Комбинируя этот результат с информацией предшествующих наблюдений можно найти верхнее ограничение на сумму масс всех известных нейтрино. Используя это ограничение и усредняя по огромному числу нейтрино во Вселенной можно показать, что нейтрино вносят только малую часть в общее количество массы и энергии, содержащееся в нашей Вселенной, говорит американский координатор проекта, профессор физики Университета Вашингтона в Сиэтле, доктор Х.Робертсон (Hamish Robertson).
Детектор SNO расположен под землей на глубине 2 километра в старой шахте рудников по добыче никеля недалеко от города Садбери (Sudbury) в провинции Онтарио. Детектор содержит 1000 тонн тяжелой воды, которая может поглощать около десяти нейтрино каждый день. Представленный сегодня результат первый из целой серии точнейших измерений, которые выполнены на установке SNO. Ученые SNO сообщили о точных и специфических измерениях числа солнечных электронных нейтрино, которые достигли детектора. Сопоставление первых результатов работы SNO с данными японского нейтринного детектора Суперкамиоканде (SuperKamiokande), в котором регистрировались сигналы от рассеяния солнечных нейтрино на электронах атомов обычной воды (недостаток подобной схемы - малая чувствительность установки к регистрации мюонных и тау-нейтрино) дало прямое доказательство факта нейтринных осцилляций.
В начале июня ученые SNO приступили к новому этапу своих измерений: добавили в тяжелую воду соль. Это сделано для того, чтобы повысить чувствительность детектора к регистрации не только электронных нейтрино, но и нейтрино других типов. Дальнейшие измерения нужны для изучения нейтринных осцилляций при гораздо более высокой чувствительности и для изучения других свойств солнечных нейтрино и нейтрино от сверхновых.

Информация о Нейтринной обсерватории Садбери.
Нейтринная обсерватория Садбери - это уникальный нейтринный телескоп размером с десятиэтажный дом, расположенный на глубине 2 километра в шахте недалеко от города Садбери, провинция Онтарио. Установка создавалась и обслуживается командой из ста человек. Все они ученые из Канады, США и Великобритании. Использование тяжелой воды в SNO детекторе открыло новые возможности для регистрации потоков нейтрино от Солнца и других астрофизических объектов. Многие годы число солнечных нейтрино, измеряемое другими подземными детекторами, было меньше, чем предсказываемое теоретически на основе анализа энергетического баланса процессов, идущих на Солнце. Это заставило ученых заключить, что либо наше понимание процессов, идущих на Солнце, не является полным, либо нейтрино могут изменять свой тип (осциллировать) во время пути от Солнца до Земли.
Измерения, выполненные на детекторе SNO, ясно показали, что нейтрино могут осциллировать на пути от Солнца к Земле и, таким образом, дали ответ на вопрос о массе нейтрино и механизмах генерации энергии на Солнце.
SNO детектор содержит 1000 тонн сверхчистой тяжелой воды, которая содержится в баке диаметром 12 метров, сделанном из акрила. В свою очередь, этот бак находится в полости диаметром 22 метра и длиной 34 метра, заполненной сверхчистой обычной водой. Вокруг акрилового бака на 17-ти метровой сфере расположены 9456 фотоумножителя, которые регистрируют вспышки света, когда нейтрино поглащается или рассеивается в тяжелой воде. Вспышки записываются и анализируются для того, чтобы выделить информацию о свойствах нейтрино их вызвавших. При измеряемом потоке нейтрино порядка десяти частиц в день, требуется много дней для накопления достаточной статистики. В лаборатории имеются достаточные электронные и вычислительные ресурсы, комната для наблюдателей, очистная система для тяжелой и обычной воды.
Строительство установки началось в 1990 году, и она была закончена в 1998 году. Измерения начались в марте 1999-ого, но по настоящему детектор заработал в ноябре того же года после выполнения необходимых калибровок и оптимизации геометрии установки.
Дальнейшая информация о SNO детекторе может быть найдена на web-странице эксперимента: http://www.sno.phy.queensu.ca/sno/sno2.html

Источник: http://www.sno.phy.queensu.ca/sno/first_results/
Перевод выполнен Н.Никитиным
Прим. переводчика:
От себя замечу, что модернизировать Стандартную Модель с учетом ненулевых масс нейтрино весьма просто. Нейтрино описываются аналогично кваркам и вводится матрица смешивания, аналогичная кварковой матрице смешивания Каббибо-Кабаяши-Маскава. Гораздо интереснее обстоят дела с дополнительным вкладом новых матричных элементов в эффекты CP-нарушения и вопрос о сохранении лептонного числа.
На русском языке хорошим введением в предмет изучения солнечных нейтрино может служить книга: Г.В.Клапдор-Клайнгротхаус, А.Штаудт, "Неускорительная физика элементарных частиц", М. "Наука", 1997 г.