Александр Гордон - Диалоги (октябрь 2003 г.)

А.Г.Вернемся к вашему эксперименту все-таки.

В.Л.Прежде всего я хотел бы показать, в чем состоит идея. На этой картинке показана форма бета-спектра. На самом краю форма определяется спектром нейтрино, потому что электрон уносит практически всю энергию, на долю нейтрино остается очень немного. И это как раз то место, где у нейтрино маленькая энергия, и поэтому чувствительность эксперимента к массе – наибольшая.

Здесь показано, какой эффект вызывает наличие массы. Если масса всего лишь 10 электрон-вольт, то тогда количество электронов в этой заштрихованной области составляет примерно 10 в минус десятой от полной интенсивности этого бета-спектра. Если масса – один электрон-вольт, то это 10 в минус тринадцатой. То есть приходится выделить фантастически маленькую долю всего бета-спектра, не повредив, так сказать, при этом ее формы. Для этого как раз удобнее всего бета-распад трития.

Здесь два рисунка. На правом рисунке показана маленькая область кубика и то, как все выглядит, если увеличить все почти в 2000 раз. Таким образом, нахождение провала на этом кусочке и является задачей эксперимента. Для этого надо построить соответствующий спектрометр. А со спектрометрами очень долгая история. Можно первый рисунок? Здесь очень интересная зависимость. Это чувствительность экспериментов к массе нейтрино в зависимости от времени. И, как видите, в логарифмическом масштабе – это прямая линия. Оказывается, что в тех экспериментах, которые длятся примерно 30-50 лет, улучшение качества эксперимента происходит экспоненциально. То есть можно даже предсказать, где будет следующая точка, и, как ни странно, это почти всегда выполняется, правда, с точностью плюс-минус единица.

С.Г.Кстати сказать, на этом рисунке вы видите, что в ИТЭФ вроде бы даже и обнаружили массу.

В.Л.Об этом в двух словах. В 80-м году был большой шум, потому что группа из Института теоретической и экспериментальной физики объявила, что она видит в бета-распаде трития отклонения от разрешенной формы, которые свидетельствуют, что масса нейтрино – 30 электрон-вольт.

С.Г.Или 18 электрон-вольт.

В.Л.Нет, 30 электрон-вольт, 29 плюс-минус два. Это было железное заявление. Это вызвало очень большой шум, потому что это, во-первых, объясняло наличие темной материи…

С.Г.И образование галактик.

В.Л.Да, на все массы хватало. И эксперимент, надо сказать, был очень квалифицированный. И спектрометр Третьякова –великолепный спектрометр для того времени. И тем не менее…

А.Г.Ошиблись на порядок.

В.Л.Да, ошиблись на порядок. Переоценили чувствительность своей установки.

С.Г.Ну и в обработке данных там было не все гладко…

В.Л.Конечно, тут же люди бросились это дело перемерять. На подготовку такого эксперимента ушло 10 лет. И первые эксперименты были сделаны уже только в 90-ом году. Они показали, что все-таки ИТЭФ не прав.

С.Г.Здесь я хочу сказать о пользе, которая иногда бывает от ошибки. Когда была эта ошибка, все бросились проверять, по-моему, 15 лабораторий.

В.Л.20 лабораторий.

С.Г.Так что иногда ошибки бывают полезными.

В.Л.И вот в 90-ом году только начали вступать в строй установки с границей порядка 100 квадратных электрон-вольт. Надо сказать, что масса меряется в квадратных электрон-вольтах, она получается из спектра. И видно, как масса уточнялась в течение нескольких лет. Но более серьезное уточнение началось только с 94-го года, когда появился наш первый результат.

В чем состоит наш эксперимент, может быть, два слова. Понимаю, времени для этого мало. Пожалуйста, пятый рисунок. Здесь показан спектрометр и источник. Это целая система, которая была создана и дала результаты, показанные на предыдущем рисунке. Слева находится сверхпроводящая труба с полем от 1 до 5 Тесла, в котором электроны движутся адиабатически, то есть вдоль магнитных силовых линий. Тритий инжектируется в центр самой левой трубы, магнитное поле уводит электроны, а тритий по обоим концам этой трубы откачивается диффузионными насосами и снова поступает в трубу так, что образуется циркуляция. Образуется облако трития с постоянной плотностью, которая испускает электроны, которые можно уже мерить и быть уверенным, что искажение спектра определяется только взаимодействием электрона с тритием – а это минимальное искажение.

Чтобы использовать все возможности такого источника пришлось, собственно, придумать такой спектрометр, в котором измерение происходит интегральным способом, то есть пропускаются электроны с энергией выше потенциала цилиндрического электрода в центре спектрометра… Ну, я не буду рассказывать подробности, но важно, что такой спектрометр позволяет получить разрешение сразу в несколько электрон-вольт и добраться до крайней точки бета-спектра, на минимальные расстояния от конца.

С.Г.Поскольку я в восторге от эксперимента, то кое-что добавлю. Понимаете, он работает в области 10 минус в одиннадцатой. Чтобы ему не мешал остальной фон, он отсекается электрическим полем. Он ставит поле на 18 с половиной, скажем, или больше электрон-вольт и электроны с меньшей энергией в детектор не попадают.

А.Г.Такое электронное сито получается.

С.Г.Не сито, а просто нож, я бы сказал, который отсекает как раз нужную ему область. Чтобы точнее измерять энергию, он имеет магнитное поле с такими как бы пробками.

В.Л.То, что называется «пробкотрон».

С.Г.На этом принципе Будкером была придумана термоядерная установка «Огра».

В.Л.Здесь главное, что с помощью магнитного поля можно избежать регистрации электронов, которые родились на стенках. Электростатические спектрометры все страдают именно тем, что в остаточном газе образуются ионы, они бомбардируют стенки, электроны попадают в детектор…

А.Г.Сильный шум…

В.Л.Очень сильный фон или шум. На этом погорело несколько экспериментов. Сейчас еще есть один любитель, который хочет сделать чистую электростатику, посмотрим. Я думаю, что ничего не выйдет.

С.Г.В общем, это блестяще придумано. И отсечение от фона, и точность измерения энергии.

В.Л.Седьмой рисунок, пожалуйста.

Здесь показано как выглядит экспериментальный бета-спектр. Обратите внимание, внизу шкала энергий, то есть изменяется потенциал этого спектрометра, и считается количество электронов, регистрируемых детектором за определенный интервал времени. И видно, что буквально несколько электрон-вольт отделяют первые не нулевые точки от граничной энергии бета-спектра. Таким образом, это наиболее чувствительная область приближается как можно ближе к самому концу.