Установлена скорость исчезновения нейтрино

Открытие, ради которого, собственно, и создавался KamLAND, подтверждает одно из самых сенсационных открытий минувшего года: экспериментальное подтверждение изменения типа нейтрино (осцилляции).

Осцилляции нейтрино (и антинейтрино), давно предсказанные теоретически, были обнаружены экспериментально в прошлом году при исследовании нейтрино, образующихся в ядерных реакциях синтеза на Солнце и в космических ливнях в атмосфере Земли. Японский детектор KamLAND был предназначен для регистрации в первую очередь антинейтрино, образующихся при работе реакторов на японских АЭС, расположенного в непосредственной близости от детектора.

Вследствие слабого взаимодействия нейтрино с веществом (и, следовательно, редкости этих событий) для их регистрации используются детекторы гигантских размеров. Как правило, они представляют собой гигантские емкости с жидкой средой. При взаимодействии нейтрино с веществом образуются фотоны, для регистрации которых в баке с жидкостью установлены многочисленные блоки фотоумножителей - приборов, позволяющих с высокой эффективностью зарегистрировать очень слабые вспышки света. Для уменьшения шумов, вызванных, в частности, космическими лучами, такие детекторы устанавливают глубоко под землей.

Ранее проводившиеся измерения потока солнечных нейтрино показали, что он значительно меньше предсказанного теорией. Для объяснения этого факта было высказано предположение, что уменьшение потока связано с так называемой "осцилляцией" нейтрино - переходом частицы из одной формы в другую. Всего известно три типа нейтрино: электронное, мюонное и тау-нейтрино.

В 1998 году на японском детекторе нейтрино Super-Kamiokande было обнаружено, что дефицит электронных и мюонных нейтрино зависит от того, насколько далеко от детектора расположен их источник. В прошлом году измерения в нейтринной обсерватории Sudbury в Канаде показали, что поток солнечных нейтрино всех трех типов в сумме соответствует предсказаниям теории. И, наконец, наблюдения на детекторе KamLAND дали еще более убедительное доказательство наличия осцилляций нейтрино.

Детектор KamLAND расположен вблизи детектора Super-Kamiokande и представляет собой огромный бак с жидкостью, в котором установлены 1879 фотоумножителей. Постановка эксперимента была осуществлена весьма тщательно, что позволило снизить шумы, например, от антинейтрино, образующихся при естественном радиоактивном распаде элементов в толще Земли.

KamLAND регистрировал антинейтрино, образующиеся, в подавляющем большинстве, при работе ядерных реакторов. В принципе, детектор способен зарегистрировать антинейтрино от любого реактора, однако четыре ятых потока антинейтрино составляли частицы, образующиеся на реакторах японских АЭС, расположенных на расстояниях 138-214 км от детектора. Еще 6,7% составлял вклад реактора, расположенного в 88 км. Активность реакторов АЭС тщательно отслеживается, что дало возможность определить уровень потока античастиц от каждого из них. Выяснилось, что детектор регистрирует на 60% меньше антинейтрино, чем их образуется при работе реактора. Ученые связывают это с тем, что остальные частицы на пути от реактора к детектору осциллируют, превращаясь в мюонные и тау-нейтрино, для регистрации которых данный детектор не предназначен.

Источник: по материалам NATURE.