Астронет > Какие нейтрино идут от Солнца

Астронет: М. Е. Прохоров/ГАИШ Какие нейтрино идут от Солнца
http://variable-stars.ru/db/msg/1170718

Какие нейтрино идут от Солнца
13.09.2001 17:06 | М. Е. Прохоров/ГАИШ, Москва

Проблема недостатка нейтрино возникла сразу после первых экспериментов по их регистрации, проведенных около 30 лет назад. Заключалась она в следующем: на Земле регистрировался поток нейтрино в 1.5-2 раза меньший, чем предсказывала теория (величина расхождения зависит от энергии регистрируемых нейтрино, она разная в различных экспериментах). На этот вопрос могла быть два ответа -- или модель Солнца не верна, или с нейтрино что-то происходит по дороге от Солнца к Земле. Похоже, что подтвердился второй вариант, но об этом по подробнее.

Одним из самых чувствительных детекторов нейтрино на сегодня является установка Супер-Камиоканде -- черенковский детектор нейтрино. Это огромный бак заполненный сверхчистой водой, который окружен фотодетекторами (схема установки показана слева, а вид ее изнутри - справа). Практически весь поток нейтрино проходит через установку не взаимодействуя с ее содержимым, но иногда нейтрино сталкивается с электроном (кружащимся вокруг атома водорода или кислорода) и передает ему часть своего импульса. После такого столкновения электрон движется со скоростью большей скорости света в воде и из-за этого излучает свет (черенковское излучение), которое и регистрируют детекторы. Угол между траекториями нейтрино и выбитого им электрона не превышает 1-2^o, т.е. черенковское излучение тоже идет "со стороны Солнца".

Согласно "стандартной модели Солнца" на установке должно было регистрироваться около 5^.10⁶ событий в единицу времени, а регистрировалось только (2.4 $\pm$ 0.2)^.10⁶ - почти в два раза меньше.

Реакцию рассеяния нейтрино на электронах, регистрируемую на Супер-Камиоканде, можно записать так

Индекс x в этом выражении означает, что в реакции могут участвовать все три существующих сорта нейтрино: электронное ( $\nu_e$ ), мюонное ( $\nu_\mu$ ) и тау-нейтрино ( $\nu_\tau$ ).

Примерно в это же время на установке в Sudbury (фото справа) исследовали взаимодействие нейтрино с ядрами дейтерия (тяжелого водорода)

В этой реакции участвуют только электронные нейтрино $\nu_e$ . В этом эксперименте частота событий была равна (1.75 $\pm$ 0.3)^.10⁶ (в единицах предыдущего эксперимента). Эта величина значимо меньше, чем поток зарегистрированный на Супер-Камиоканде. То есть регистрируемый на Земле поток Солнечных нейтрино содержит не только электронные нейтрино! Но во всех термоядерных реакциях, которые идут на Солнце рождаются только электронные нейтрино (см. здесь, здесь или здесь)!

Значит по дороге к Земле часть электронных нейтрино превратилась в другие сорта (мюонное и/или тау). Это явление давно предсказывалось теорией элементарных частиц и называется оно -- "осцилляциями нейтрино". Для того, чтобы подобное превращение имело место нейтрино должны иметь ненулевую массу.

Если теперь учесть, что реакция рассеяния с другими сортами нейтрино идет несколько менее эффективно, чем с электронным, то число регистрируемых на Супер-Камиоканде событий надо увеличить. И тогда расхождение между предсказаниями "стандартной модели Солнца" и экспериментом исчезает.

Конечно, этот результат требует дополнительной проверки.

(Из доклада А.А.Старобинского "Новости летних конференция", сделанного 5 сентября 2001 г. на семинаре им.А.Л.Зельманова.)