Читаем 2000 №3 полностью

Как же представить себе это превращение? В русских сказках Иван-царевич (или дурак) брякнулся об землю, обернулся соколом, и никто этому не удивился. Потому что «бряк об землю» — мало ли что может случиться при столкновении. А чтобы без «бряк», на ровном месте — такое случается только в мире частиц. Причем возможно это только в том случае, если частица представляет собой квантово-механическую «смесь» других частиц. Экспериментально такое явление было обнаружено для К⁰-мезона: он в вакууме, без какого-либо взаимодействия, на лету, самопроизвольно превращается в анти-К⁰. Называется это явление осцилляцией — периодическим превращением частицы из одного вида в другой.

Вот и любое нейтрино, например электронное v_e, можно представить «состоящим» из трех других. Назовем их, скажем, «красным», «желтым» и «синим». И у каждого из этих «цветных» нейтрино имеется определенная масса. Это значит, что в свободном пространстве они станут двигаться с разной скоростью. А поскольку каждая частица еще и волна, то на разных расстояниях от точки рождения волны станут складываться по законам интерференции, «собираясь» в нейтрино разных типов — электронное, мюонное или таонное.

Можно провести такую аналогию: каждый человек обладает несколькими качествами, пусть это К₁, К₂ и К₃. Они на лбу не написаны и непосредственно узнать их нельзя. Но человек совершает разные, смотря по обстоятельствам, действия: пусть Д₁, Д₂ и Д₃, следя за которыми, можно узнать качества. Каждое качество (аналог «цвета» нейтрино) узнается по сумме (смеси) действий (аналог его типа, или аромата): К₁ — сумма всех Д с одним набором коэффициентов, К₂ — сумма тех же Д, но с другими коэффициентами, и К₃ аналогично. Легко понять, что и в каждом действии замешаны человеческие качества. Если в 8 часов утра человек совершает некоторый поступок (т. е. проявляет одну совокупность качеств), то в 8 вечера может проявиться другая совокупность и он совершит иной поступок. А «объективный» наблюдатель скажет: «Был один человек — стал другой».

Осцилляции будут обнаружены непременно, если нейтрино обладает массой… Есть ли она?

Первооткрыватель нейтрино Фредерик Рейнес (справа) с участниками «Проекта Полтергейст». 1953 год.

ПЕРВЫЙ И НЕ ПОСЛЕДНИЙ ВОПРОС

Уже семьдесят лет этот вопрос стоит укоризной и пятьдесят лет исследуется экспериментально. То, что масса нейтрино мала (по меркам элементарных частиц), догадывались с самого начала. Но какова она?

Нет способов взвесить незаряженное нейтрино, как это делалось с электроном: Р. Милликен компенсировал гравитационную силу кулоновской. Невозможно непосредственно измерить скорость нейтрино на фиксированной пролетной базе. Определение массы нейтрино может быть основано только на косвенном ее проявлении. Первое, на что обратили внимание, это зависимость формы спектра электронов в (β-распаде от конечной массы нейтрино (в нем участвует антинейтрино, но массы частицы и античастицы тождественно равны). Как уже говорилось, электронам в трехчастичном распаде доступны любые энергии от нуля до некоторой граничной (см. «Наука и жизнь» № 2, 2000 г.). Пришло время указать точно, какова ее величина.

Опять поможет закон сохранения энергии. Начальное состояние — покоящееся ядро, его полная энергия равна m_pс², т. е. массе родительского ядра. Конечное состояние — движущиеся дочернее ядро, электрон и нейтрино. Полная энергия этого состояния есть сумма масс частиц и их кинетических энергий. Кинетической энергией тяжелого (ядро в тысячи раз тяжелее электрона) дочернего ядра можно пренебречь, и вся кинетическая энергия делится между электроном и нейтрино различным образом от одного распада к другому.

Максимально доступная для электрона энергия возникнет в таком распаде, где нейтрино родится в покое. Это и будет граничной энергией спектра. Граничная энергия электрона выражается с хорошей точностью только через массы частиц, а массу нейтрино можно определить через атомные веса, массу электрона и измеренную граничную энергию распада. С хорошей точностью граничную энергию измерить трудно, и такой простой метод годится только для грубой оценки. Именно это имел в виду В. Паули, когда говорил, что из атомных весов видно, что масса нейтрино не больше массы электрона.