Вісник НАН України. 2016. № 1. С. 20-29.
https://doi.org/10.15407/visn2016.01.020
ДАНЕВИЧ Федір Анатолійович –
доктор фізико-математичних наук,
завідувач відділу фізики лептонів Інституту ядерних досліджень НАН України
КОБИЧЕВ Владислав Валерійович –
кандидат фізико-математичних наук,
старший науковий співробітник Інституту ядерних досліджень НАН України
ТРЕТЯК Володимир Ілліч –
кандидат фізико-математичних наук,
провідний науковий співробітник Інституту ядерних досліджень НАН України
У НЕЙТРИНО Є МАСА
Нобелівська премія з фізики 2015 р.
Нобелівську премію в галузі фізики в 2015 році присуджено Артуру Макдональду (Канада) і Такаакі Кадзіті (Японія) «за відкриття осциляцій нейтрино, які свідчать про те, що у нейтрино є маса». Це – перший ефект за рамками Стандартної моделі елементарних частинок, значення якого для подальшого розвитку науки важко переоцінити. У статті коротко викладено історію досліджень нейтрино і слабкої взаємодії, зокрема тих, які у 2015 р. були відзначені Нобелівською премією. Обговорюється внесок українських учених у нейтринні дослідження, перспективи їх участі у великих міжнародних нейтринних проектах.
Ключові слова: нейтрино, слабка взаємодія, маса нейтрино, нейтринна астрофізика, низькофоновий експеримент.
«Я зробив сьогодні жахливу річ. Фізику-теоретику ніколи не слід такого робити. Я запропонував щось таке, чого ніколи не можна буде перевірити експериментально», - сказав австрійський фізик Вольфганг Паулі німецькому астрофізику Вальтеру Бааде на конференції з фізики в Римі наприкінці 1931 р. Паулі запропонував нову частинку, яка мала випромінюватися у бета-розпаді атомних ядер разом з електроном і яка «рятувала» одразу два фундаментальні закони фізики: збереження енергії і моменту імпульсу. Ця частинка, яка не мала електричного заряду (а тому, на думку Паулі, не могла бути спостереженою), повинна бути дуже легкою. Вона несла частину енергії розпаду і мала спін (власний момент імпульсу), які, здавалося, просто щезали у β-розпаді. Сумніви Паулі можна зрозуміти, адже вчені так не люблять порушувати принцип, відомий як «бритва Оккама»: не припускати нічого, що не є вкрай необхідним! Та ще й такого, що неможливо перевірити в експерименті! Проте в цьому разі геніальний теоретик, відомий своєю дивакуватою поведінкою та іронічним ставленням до експериментаторів, таки недооцінив своїх колег. Але про це – трошки пізніше.
Між тим, уже через рік блискучий Енріко Фермі, використовуючи ідею Паулі, розробив теорію β-розпаду і дав таке гарне ім’я новій частинці – «нейтрино», що італійською означає «нейтрончик». Для цього йому довелося припустити існування нової взаємодії, яку він цілком логічно назвав «слабкою». Дійсно, оцінки показували, що нова взаємодія в мільярди разів слабкіша за електромагнітну взаємодію і у десятки тисяч мільярдів - за сильну. Слабка взаємодія проявляється в β-розпадах атомних ядер та в деяких взаємодіях частинок. Отже, з’явилася надія, що нейтрино, незважаючи на надзвичайно малу інтенсивність взаємодії з матерією, все-таки можна зареєструвати в експерименті. Для цього знадобився ядерний реактор (який є потужним джерелом нейтрино через величезну β-радіоактивність ядер, що утворюються в результаті поділу урану) і надзвичайно чутливий детектор, розміщений за кілька метрів біля активної зони реактора і ретельно захищений від його потужного γ- і нейтронного випромінювання. Експерименти, в яких було підтверджено існування нейтрино, у 1950-х роках виконали американські вчені Фредерік Райнес (Frederick Reines) і Клайд Коуен (Clyde Cowan). У 1995 р. Ф. Райнеса за це відкриття було удостоєно Нобелівської премії. Повний текст (PDF)