Жизнь и идеи Бруно Понтекорво - Михаил Сапожников

ν2= —νe sinθ + νμ cosθ (31)

Как же МНС использовали истинные нейтрино ν1 и ν2? Они логично предположили, что раз это истинные частицы, наряду с электроном и мюоном, то именно они входят в состав барионов:

p = (ν1 B+), n = (e— B+), Λ = (μ— B+), p’ = (ν2 B+) (32)

А что это за барион p’? МНС просто предположили, что бариона p’ нет в природе.

Как все просто! Барионное поле неизвестной природы – берем, лишний барион p’ – не берем. И все проблемы решены!

Но в конце статьи есть небольшой абзац, что если верны соотношения (31), то возможны переходы между νe и νμ. Что уже напоминает осцилляции.

Таким образом, правильные формулы и интересные предсказания получились у МНС при совершенно неправильных начальных посылках. Просто еще одно плавание Колумба в Индию, при котором открывается Америка!

Удивительная ситуация, которая так противоречит нашему простому линейному ощущению, что правильные уравнения всегда рождаются из правильных предпосылок. Оказывается, и из чистой фантазии можно получить верный результат! Но, справедливости ради, надо отметить, что все это отдает магией, и не случайно работы МНС были прочно забыты до конца 70-х годов. Физическая общественность хорошо понимала, насколько шатки идеи МНС о нейтрино как составляющей части бариона.

Забавные вещи продолжались и дальше. Помните, в 1962 г. МНС не знали, какой физический смысл придать бариону p’= (ν2 B+)? Но в 1980 г. все стало ясно. Масами Накагава на конференции, посвященной проблеме масс нейтрино [109], скромно сказал: «Сейчас понятно, что наши барионы p, n, Λ и p' – это четыре кварка u, d, s и с!» То есть намек на то, что МНС предсказали не только осцилляции нейтрино, но и существование очарованного кварка в 1962 году!

Итак, подытожим: идею об осцилляциях нейтрино впервые выдвинул Понтекорво. Неотъемлемым свойством этой гипотезы было предположение о наличии у нейтрино ненулевой массы, что полностью противоречило тогдашней догме. Для объяснения механизма осцилляций Понтекорво привлек правильную аналогию с осцилляциями К-мезонов. Но в то время было известно только нейтрино и антинейтрино. Поэтому он рассматривал осцилляции как переходы между нейтрино и антинейтрино, а МНС – как переходы между электронными и мюонными нейтрино νe и νμ. Сделали они это после того, как была проверена идея Бруно о том, что νe и νμ – разные частицы.

Важно отметить, что реальных осцилляций, то есть зависимости числа νe и νμ от расстояния, в работах МНС не было. Было предсказание о смешивании нейтрино, но не осцилляции [45].

Самое интересное, что окончательные результаты Дэвиса по измерению реакторных антинейтрино свелись к тому, что никаких следов образования аргона-37 под действием антинейтрино в реакции (20)

не найдено. Слухи об этом оказались ложными. Однако тема осцилляций нейтрино осталась и зажила своей отдельной жизнью.

35. Научная фантастика

«Несмотря на то, что только что сказанное в самом лучшем случае крайне грубо, а в самом худшем – совсем неправильно, я буду продолжать спекулировать на нейтринных осцилляциях».

Б. Понтекорво. «Нейтринные опыты и вопрос о сохранении лептонного заряда». ЖЭТФ 53 (1967) 1717

Работа МНС из-за странных предположений и допущений была забыта, а Бруно продолжал развивать теорию осцилляций, несмотря на общепризнанные в то время взгляды, что нейтрино – строго безмассовая частица и осцилляции – невозможны.

Как вспоминал С. М. Биленький, интерес к проблеме осцилляций нейтрино в 60–70-е годы был практически нулевой. Он говорил, что в то время в Дубну часто приезжал Карло Руббиа[38], известный своим острым чутьем на новые идеи. Однако даже он практически никак не реагировал на обсуждения проблем осцилляций нейтрино, которые часто затевал с ним Бруно.

Я. А. Смородинский, объявляя доклад Биленького об осцилляциях на одной из конференций, сказал: «А теперь послушаем сообщение из области научной фантастики».

Характерное высказывание того времени содержится в статье Scientific American [110]:

«Скептицизм относительно осцилляций имеет еще одно основание: даже если они существуют, вряд ли их можно обнаружить в реальном эксперименте».

Вот такие настроения царили в 1980 г.

Несмотря на отрицательный окружающий фон, Бруно продолжал исследовать феномен осцилляций. Следующий важный шаг был сделан им в работе 1967 г. [111]. Если раньше он рассматривал возможные переходы между единственно известными тогда состояниями – нейтрино и антинейтрино, то после обнаружения различия между электронным и мюонным нейтрино Бруно проанализировал и переходы νe ↔ νμ . Эта статья примечательна также тем, что в ней впервые, еще до опытов Дэвиса по регистрации солнечных нейтрино, обсуждается возможность того, что поток солнечных нейтрино будет меньше ожидаемого из-за осцилляций. Бруно пишет:

«Если длина осцилляций большая (> 10 км), наблюдение переходов ν ↔ ν ̅, νe ↔ νμ в пучках нейтрино от реакторов и ускорителей будет невозможно. Однако астрофизические эффекты могут быть важными.

С точки зрения возможностей наблюдения, идеальным объектом является Солнце. Если длина осцилляций много меньше, чем радиус солнечной области, эффективно рождающей нейтрино, прямых осцилляций солнечных нейтрино нельзя наблюдать из-за размазывания эффекта. Единственный эффект на поверхности Земли заключался бы в том, что поток солнечных нейтрино должен быть в два раза меньше полного потока солнечных нейтрино».

Это предсказание Понтекорво сбылось, поток нейтрино от Солнца оказался почти в три раза меньше ожидаемого. Но экспериментальное доказательство этого факта растянулось на двадцать лет, и окончательного триумфа своего предсказания Бруно, к сожалению, не дождался.

Для понимания уровня знания в то время интересно, что в этой статье Бруно делает оценки длины осцилляций, исходя из имевшихся тогда ограничений на массу электронного нейтрино m(νe) = 200 эВ и мюонного нейтрино m(νμ) = 2 МэВ. Сейчас эти ограничения на массу нейтрино уменьшились в 100 раз.

В статье [111] Понтекорво впервые ввел еще одно понятие, которым мы пользуемся и по сей день, – стерильное нейтрино. Так он назвал частицу, которая не участвует в слабых взаимодействиях. Для левого нейтрино стерильной частицей является правое нейтрино. Поиск стерильных нейтрино пока не дал результатов, но вопрос об их существовании открыт и активно изучается в настоящее время.

Дальнейшее рассмотрение эффекта осцилляций на солнечные нейтрино было продолжено в статье 1969 г. с В. Грибовым [112]. Была проанализирована схема осцилляций в предположении о том, что нейтрино – майорановская частица.

Однако окончательное решение было найдено в 1976 г. в работе с С. М. Биленьким [113]. Ключевой стала идея кварк-лептонной аналогии, то есть предположение о том, что слабое взаимодействие лептонов должно быть устроено так же, как и кварков.

В то время было известно три типа кварка – u, d, s, которые в слабых взаимодействиях участвовали с несколько разной силой. Коэффициенты, отражающие разную силу взаимодействия, назывались углами смешивания. Бруно думал