Охотники за нейтрино. Захватывающая погоня за призрачной элементарной частицей - Рэй Джаявардхана

Сохранение энергии – в физике существует закон (принцип) сохранения энергии, согласно которому энергия ниоткуда не появляется и никуда не исчезает, а просто переходит из одного состояния в другое. Кроме того, энергия может превращаться в массу, а масса – в энергию по уравнению E = mc2.

Специальная теория относительности – теория, сформулированная Альбертом Эйнштейном. Основана на высказывавшихся ранее идеях Галилея и других ученых, которые описывали объекты, движущиеся с постоянными скоростями относительно друг друга. Согласно специальной теории относительности ход времени относителен, а скорость света абсолютна.

Стандартная модель – парадигма теоретической физики, описывающая весь материальный мир в контексте взаимодействия некоторого количества разновидностей элементарных частиц, соответствующих им античастиц и «переносчиков взаимодействий» – например, фотонов. Разработка Стандартной модели продолжалась несколько десятилетий, эта парадигма окончательно оформилась в 1970-е гг. Прогнозы Стандартной модели подтверждены множеством экспериментов. Однако Стандартная модель не может объяснить феномена наличия массы у нейтрино, а также дать ответ на некоторые другие вопросы – например, что представляет собой «темная материя».

Счетчик Гейгера – простой прибор для обнаружения радиации, например, альфа– и бета-частиц или гамма-лучей, испускаемых радиоактивными веществами.

Тектоника плит – медленные масштабные движения плит, из которых состоит кора Земли (или другой планеты земного типа).

Темная материя – невидимая материя, о существовании которой известно по ее гравитационному воздействию на обычную (видимую) материю, из которой состоят галактики и галактические скопления. Предполагается, что темной материи во Вселенной гораздо больше (по массе), чем обычной, но из чего она может состоять, пока совершенно не понятно. В определенный период ученые полагали, что темная материя может состоять в основном из нейтрино, но сегодня известно, что масса нейтрино для этого слишком незначительна.

Теорема Нётер – закономерность, открытая математиком Эмми Нётер: симметрия в природе подразумевает сохранение, и наоборот.

Теория – гипотеза, подтвердившаяся в результате экспериментов и/или наблюдений.

Тритий – редкий изотоп водорода, в ядре которого содержится не один протон (как в обычном водороде), а протон и два нейтрона.

Тяжелая вода – жидкость, химически аналогичная обычной воде (H2O), но содержащая вместо двух атомов водорода два атома дейтерия: D2O.

Углеродно-азотно-кислородный цикл – комплекс реакций ядерного синтеза, при которых углерод, кислород и азот выступают катализаторами, ускоряющими процесс превращения водорода в гелий. Углеродно-кислородно-азотный цикл – основной механизм образования энергии звезд, масса которых превышает 1,3 солнечных масс.

Ускоритель частиц – устройство, применяемое для разгона частиц (обычно образующих очень узкие пучки) до огромных скоростей.

Фотон – квант света (или другого электромагнитного излучения).

Фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) – устройство, улавливающее свет. Используется для обнаружения излучения Черенкова, испускаемого, когда под воздействием нейтрино (например) в воде или во льду образуется электрон или мюон.

Цепная реакция – серия (ядерных) реакций, при которой предыдущая реакция инициирует следующую. Примеры цепных реакций – протон-протонный цикл и углеродно-азотно-кислородный цикл в звездах. Кроме того, именно цепные реакции лежат в основе работы ядерных реакторов и служат причиной атомных взрывов.

Черная дыра – область в космосе, из пределов которой не может вырваться ничто, даже свет. Черная дыра может образоваться при резком схлопывании массивной звезды после взрыва сверхновой.

Электромагнитное излучение – излучение, связанное с осцилляциями электрических и магнитных полей, в частности: радиоволны, инфракрасные лучи, видимый свет, ультрафиолетовые лучи, рентгеновские лучи и гамма-лучи.

Электрон – отрицательно заряженная элементарная частица, которая обычно вращается вокруг атомного ядра. Относится к семейству лептонов.

Элемент – простейшее химическое вещество, состоящее из атомов одного вида. Вид атома зависит от количества протонов в его ядре. Самые легкие из 89 элементов, существующих в природе, – водород, гелий и ничтожные количества лития и бериллия – возникли в первые минуты после Большого взрыва. Все остальные элементы образовались в звездах и при взрывах сверхновых.

Эта Киля – очень массивная звезда (имеющая, вероятно, звезду-спутник), которая в будущем может взорваться и стать сверхновой. Ранее она уже претерпевала катаклизмы, в результате чего от нее отделились внешние слои. Звезда Эта Киля находится в центре гигантской туманности.

Эффект материи – см. Эффект МСВ.

Эффект МСВ (эффект материи) – аббревиатура сформирована по инициалам первооткрывателей этого эффекта – Станислава Михеева, Алексея Смирнова и Линкольна Вольфенштейна. Эффект МСВ заключается в том, что в присутствии материи осцилляции нейтрино усиливаются.

Ядро – плотная сердцевина атома, состоящая из протонов и нейтронов, которые удерживаются вместе под влиянием сильного взаимодействия.

Примечания

Рекомендую к прочтению две книги, посвященные нейтрино, в которых, соответственно, хорошо рассмотрены ранние исследования этих частиц и проблемы, связанные с солнечными нейтрино. Первая книга называется Spaceship Neutrino (автор Кристина Саттон, издательство Cambridge University Press, 1992 г.), вторая – Neutrino (автор Фрэнк Клоуз, издательство Oxford University Press). Исторический интерес представляет книга Айзека Азимова «Нейтрино. Призрачная частица атома» (М.: Атомиздат, 1969).

1. Охота начинается

Йенс Столтенберг. Видеотрансляция речи норвежского премьер-министра в ознаменование столетней годовщины достижения Южного полюса Руалем Амундсеном предлагается на сайте http://www.telegraph.co.uk/news/worldnews/antarctica/8956091/100th-anniversary-of-Roald-Amundsen-reaching-South-Pole-is-honoured.html. Репортажи газеты Antarctic Sun об этом событии приведены по адресам http://antarcticsun.usap.gov/features/contentHandler.cfm?id=2555 http://antarcticsun.usap.gov/features/contentHandler.cfm?id=2554 .

Столетие путешествия Амундсена. Существует множество отличных книг об исследованиях Антарктиды. В газете The New York Times в ознаменование этого события 12 ноября 2011 г. вышла интересная статья Джона Ноубла Уилфорда Amazing Race to the Bottom of the World («Захватывающая гонка к нижнему краю мира»).

Я отправился в Антарктиду. См. мою статью The Meteorite Hunters («Охотники за метеоритами»), вышедшую в номере журнала Muse за ноябрь – декабрь 2011 г. (Чикаго: Carus Publishing Company; http://www.musemagkids.com).

Изгородь из ярких флажков. Френсис Хальцен любезно предоставил мне фотографии, сделанные его коллегами, чтобы я мог своими глазами увидеть, как выглядела обсерватория «Ледяной куб» в столетнюю годовщину путешествия Амундсена.

«Ледяной куб»: описание обсерватории «Ледяной куб» частично основано на телефонном интервью, которое автор взял у Френсиса Хальцена 12 декабря 2011 г., а также на материалах, размещенных на сайте этого проекта по адресу http://icecube.wisc.edu/.

«Если вы хотите расслышать шепот…» Процитированная фраза Джанет Конрад была произнесена в ходе телефонного интервью, которое она дала автору 4 марта 2013 г.

Борис Кайзер. Приведены цитаты, произнесенные в ходе телефонного интервью, данного автору 9 августа 2012 г.

Хитоси Мураяма. Приведены цитаты, произнесенные в ходе интервью, данного автору по Skype 28 марта 2012 г.

Klaatu. Текст песни «Little Neutrino» доступен по адресу http://www.klaatu.org/lyrics/347est_lyrics.html.

Популярный ситком. Цитаты взяты из фильма «Равенство Гриффина» четвертой серии второго сезона сериала «Теория Большого взрыва».

OPERA. Исходный пресс-релиз CERN и последующие его обновления доступны по адресу http://press.web.cern.ch/press-releases/2011/09/opera-experiment-reports-anomaly-flight-time-neutrinos-cern-gran-sasso.

«Если европейские коллеги правы…» Цитата из статьи Майкла Д. Лемоника «Was Einstein Wrong? A Faster-Than-Light Neutrino Could Be Saying Yes» («Эйнштейн ошибался? Возможно, нейтрино, развивающие сверхсветовую скорость, это подтверждают»), вышедшей в номере журнала Time от 23 сентября 2011 г., см. http://www.time.com/time/health/article/0,8599,2094665,00.html.