Нейтрино

Драма идей в познании природы

К началу 1930-х годов в физике возникла серьезная проблема, связанная с испусканием электронов при бета-распаде. В этом процессе наблюдалось постоянное нарушение закона сохранения энергии: энергия электронов не была фиксированной, равной разности энергий покоя начального и конечного ядер E_max. В пределах от E₀=mc² до максимального значения E_max вылетающие электроны обладали самыми разными значениями энергий - наблюдался непрерывный спектр энергий этих частиц. Это было совсем удивительно, особенно после того, как установили, что уменьшение энергии электронов по сравнению с ожидаемой величиной нельзя приписать взаимодействию электронов с электронами атома. Возникла проблема несохранения энергии в бета-распаде.

Из закона сохранения энергии следовало, что электроны должны вылетать со строго определенной энергией, равной разности энергий покоя начального и конечного ядер. На опыте электроны никогда не обладали этой энергией, наблюдался непрерывный энергетический спектр электронов. Нильс Бор и X.А.Крамерс в этой связи вообще обсуждали возможность того, что в микромире закон сохранения энергии не справедлив, то есть что энергия сохраняется только в среднем.

Другое решение предложил В.Паули в своем шутливом письме геттингенским физикам, датированном 6 декабря 1930 года, вперемешку с сожалениями по поводу своего отсутствия на конференции, на которую он никак не может поехать - очень уж интересные балы ожидаются у них в эти дни в Цюрихе. Само содержание письма наверняка требовало такого легкомысленного обрамления. Паули предлагал новую частицу, спасавшую от несохранения энергии в бета-распаде. Он предположил, что существуют легкие нейтральные частицы, вылетающие вместе с электронами при бета-распаде и уносящие недостающую энергию. Полная энергия, выделяемая при бета-распаде, в этом случае практически никогда не может перейти к электронам. Часть этой энергии наверняка унесут гипотетические частицы. Масса частицы, предложенной Паули, не должна была существенно превышать массу электрона. Это следовало и из опытов по бета-распаду и из измерения масс ядер. Не очень серьезное отношение Паули к собственной идее определялось, по-видимому, тем, что он привлекал новую, трудно наблюдаемую частицу для решения имевшихся трудностей. "Я сделал сегодня что-то ужасное. Физику-теоретику никогда не следует делать ничего такого. Я предложил нечто, что никогда нельзя будет проверить экспериментально", - так сам Паули комментировал свою идею.

Предлагая новую проникающую частицу - нейтрино, Паули уверенно заключал пари, что ее существование никогда не будет проверено. Двадцать пять лет спустя ему пришлось признать, что пари проиграно. В мощных пучках нейтрино от ядерных реакторов и ускорителей стало возможно наблюдать реакции взаимодействия нейтрино. Нейтринная физика заняла прочное место в современной физике элементарных частиц. Развита нейтринная астрофизика и нейтринная астрономия. Нейтринные телескопы настроены на поиск невидимых астрономам процессов в глубинах Вселенной и в недрах звезд. Без решающей роли нейтринных процессов теоретическая астрофизика не мыслит конечной судьбы звезд. Со свойствами нейтрино связывают наблюдаемое распределение галактик и невидимую массу Вселенной. А ведь немногим более 50 лет назад все это казалось немыслимым самому Паули.

Комментарий: Сам процесс деления ядер урана в реакторе не дает нейтрино, однако образующиеся ядра-осколки радиоактивны; именно с этой радиоактивностью связаны и биологическая опасность деления, и испускание нейтрино.

Я.Б.Зельдович, М.Ю.Хлопов, 1988 год