Продолжаем вспоминать, как откывали и исследовали нейтрино 70 лет назад.

Бруно Понтекорво, ученик Ферми, посвятил себя изучению элементарных частиц и внес очень важный вклад в ядерную физику. Понтекорво изучал нейтрино, мюоны и электроны и интуитивно предположил, что могут существовать два различных типа нейтрино — чрезвычайно новаторская идея для того времени, которую, однако, он не смог полностью развить в те годы. В 1946 году он начал разрабатывать и предлагать экспериментальные методы обнаружения нейтрино. В документе того года, первом, в котором четко изложена концептуальная структура детекторов на основе хлора, которые будут созданы лишь много лет спустя для изучения солнечных нейтрино, Понтекорво описал новаторский подход, которому суждено было войти в историю физики элементарных частиц. Однако эта работа оставалась неизвестной около двадцати лет: она была засекречена по военным причинам, в исторический период, когда наука, политика и война были тесно переплетены.

Команда эксперимента Полтергейст. Сайт INFN

В 1953 году в США ученые Фредерик Рейнс и Клайд Коуэн установили недалеко от ядерного реактора Саванна-Ривер-Сайт детектор значительных для того времени размеров. Эксперимент был частью проекта «Полтергейст», название которого было выбрано именно для того, чтобы подчеркнуть неуловимость нейтрино — частицы, столь же эфемерной, как призрак. Экспериментальная установка состояла из ряда детекторов, содержащих резервуары с водой и сцинтилляционными жидкостями — веществами, излучающими свет при прохождении через них заряженных частиц. Этот свет, называемый черенковским излучением, представлял собой сигнал детектора от взаимодействия антинейтрино, образующегося в реакторе. После многих лет попыток и усовершенствований решимость двух физиков была вознаграждена: в 1956 году они объявили об обнаружении первого антинейтрино, что стало фундаментальной вехой в истории физики элементарных частиц.

В те же годы, пока в Соединенных Штатах были получены первые прямые экспериментальные доказательства существования нейтрино, в Венгрии также проводились независимые и значимые исследования нейтрино. В Институте ядерных исследований «Атомки» физики Дьюла Чикай и Шандор Салай изучали распад гелия-6, идеальную систему для наблюдения эффекта отдачи, связанного с испусканием нейтрино, то есть «недостающего» импульса, уносимого невидимой частицей. Двум исследователям удалось зарегистрировать в пузырьковой камере изображение события, совместимого с распадом гелия-6, при котором ядро ​​испускает электрон и нейтрино. Это стало результатом огромной важности, предоставившим дополнительные экспериментальные доказательства существования нейтрино.

В 1960-х годах, следуя идее Бруно Понтекорво, физики Леон Ледерман, Мелвин Шварц и Джек Штейнбергер провели эксперимент, который должен был стать поворотным моментом в физике элементарных частиц. Используя пучок нейтрино, созданный ускорителем, им удалось продемонстрировать правильность гипотезы о существовании нескольких типов нейтрино. Их результаты показали, что нейтрино — это не только нейтрино, связанные с бета-распадом, введенным в 1930-х годах Энрико Ферми, которые относятся к электронному типу, но и что существует по крайней мере второй, отдельный тип нейтрино. Это было первое экспериментальное свидетельство существования мюонного нейтрино, открытие, за которое три физика получили Нобелевскую премию по физике в 1988 году. В последующие годы картина дополнилась: сегодня мы знаем, что существует три типа нейтрино, каждый из которых связан с заряженной частицей одного и того же «семейства». Существует электронное нейтрино, связанное с электроном; Мюонный нейтрино, ассоциированный с мюоном, и тау-нейтрино, партнер тау-частицы, открытые в 1970-х годах Мартином Льюисом Перлом. Открытие этих трех семейств нейтрино стало фундаментальным шагом в построении Стандартной модели элементарных частиц и открыло новые перспективы в изучении глубинных свойств материи.

Окончание следует...