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

Несмотря на то, что докладчик OPERA рассказал об этом результате в очень осторожных выражениях, и, невзирая на скептическую реакцию большинства специалистов по нейтрино, новость мгновенно облетела весь мир. Пожалуй, такой ажиотаж был неудивителен, учитывая, какой переворот в науке могло совершить подобное открытие. Если бы оно подтвердилось, то сразу же опровергло бы эйнштейновскую Специальную теорию относительности – краеугольный камень современной физики. В статье журнала Time , посвященной этому событию, отмечалось: «Если результаты эксперимента европейцев верны, Эйнштейн был не просто не прав, а ошибался бы в корне». Большинство физиков и журналистов подчеркивали, что ошеломляющие выводы эксперимента требуют более детального исследования и независимой проверки. «Если этот результат подтвердится, он изменит весь мир, – говорилось в статье The New York Times , – но речь идет о колоссальном “Если”».

Однако все эти перестраховочные выражения померкли на фоне бурных спекуляций о путешествиях со сверхсветовой скоростью и грандиозных перспективах новой физики. Повсюду зазвучали шутки о нейтрино и о том, как эти частицы связаны с путешествиями во времени. Некоторые остряки заявляли, что в Швейцарии нейтрино вели себя законопослушно, но, стоило им пересечь границу Италии, как они сразу же преодолели световой барьер. В сериале «Теория Большого взрыва» Шелдон Купер пытается оживить беседу за обедом и предлагает обсудить тему: «Движущиеся быстрее света частицы CERN – будоражащее открытие или очередное швейцарское творение, такое же дырявое, как их сыр?» Ирландская фолк-группа Corrigan Brothers, выступавшая, кстати, в 2009 г. на инаугурации президента Барака Обамы, выложила на YouTube свою песню, исполненную совместно с Питером Крейтоном. В этой композиции музыканты задавались вопросом: остается ли верным уравнение E = mc2 , если нейтрино могут двигаться со сверхсветовой скоростью? Правда, в финале песни музыканты предостерегают слушателей от поспешных выводов и предполагают, что, возможно, Эйнштейн все-таки был прав насчет непреодолимости скорости света.

Некоторые ученые пытались найти этому результату объяснение, которое не отменяло бы предельности светового барьера. Физики-теоретики предположили, что швейцарские нейтрино могли проникнуть в Италию через какое-то скрытое измерение, как в сериале «Звездный путь», уменьшив таким образом расстояние, которое требовалось покрыть. Предлагалось и иное объяснение, связанное с искривлением пространства-времени поблизости от Земли. Многие критики указывали на то, что в эксперименте могли быть попросту допущены ошибки. Физики Эндрю Коэн и Шелдон Глэшоу из Бостонского университета указали на серьезную теоретическую нестыковку: если бы поток нейтрино двигался со сверхсветовой скоростью, он бы порождал массу других элементарных частиц и, следовательно, стремительно терял бы энергию. Таким образом, к моменту прибытия в Гран-Сассо в этом потоке должны были бы отсутствовать нейтрино высоких энергий, чего в реальности не наблюдалось. Тем временем в середине ноября коллаборация OPERA провела второй, более точный замер скорости, который еще раз подтвердил поразительный результат эксперимента.

Спустя три месяца CERN выпустил краткое, но критически важное уточнение. В нем среди прочего сообщалось: «Участники коллаборации OPERA проинформировали своих партнеров о том, что им удалось обнаружить два эффекта, которые могли повлиять на изменение скорости нейтрино. Причем эти эффекты могли привести как к переоценке, так и к недооценке скорости». Первый возможный эффект связан с генератором импульсов, который использовался для получения точных сигналов времени в системе синхронизации GPS и мог завысить время полета нейтрино. Второй эффект связан с разъемом волоконно-оптического кабеля, по которому передавался внешний сигнал системы GPS к главным часам эксперимента. Этот разъем мог быть неправильно подсоединен во время проведения измерений и вызвать занижение времени полета нейтрино. В большинстве статей в СМИ, а также в комментариях по этому поводу именно вторая версия трактовалась как наиболее вероятная. В газете The Wall Street Journal отмечалось, что эта ошибка может быть чревата «удручающими последствиями» для допустивших ее исследователей. 16 марта 2012 г. опыт с нейтрино был повторно поставлен другой группой физиков, которые также установили свой детектор ICARUS в районе Гран-Сассо. Они опубликовали новые данные о полете нейтрино из CERN в Гран-Сассо; на этот раз измеренная скорость частиц не превышала скорость света. «Новые данные указывают на то, что результат, полученный коллаборацией OPERA, был обусловлен дефектом измерительного оборудования», – заявил Серджио Бертолуччи, директор по исследованиям CERN.

Пусть в итоге и оказалось, что нейтрино не движутся быстрее света, эти частицы уже поведали нам массу интересного о причудах субатомного мира и даже позволили заглянуть в пылающие солнечные недра. Кроме того, без нейтрино невозможно было бы сконструировать ни атомную бомбу, ни ядерный реактор. Именно нейтрино стали «первыми ласточками», по которым ученые узнали о драматической кончине массивной разбухшей звезды, взорвавшейся на расстоянии 160 000 световых лет от нас в галактике Большое магелланово облако (БМО). БМО – это галактика-спутник Млечного Пути, большой спиральной галактики, в которой обитаем мы. БМО можно наблюдать в небе Южного полушария в виде тусклого мутного пятнышка. Три подземных детектора, установленные в России, США и Японии, уловили около двух десятков нейтрино, образовавшихся при этом взрыве. Это ничтожная доля от миллиардов миллиардов этих частиц, пронизавших нашу планету в ходе краткого нейтринного всплеска, который пришелся на 23 февраля 1987 г. Нейтрино были пойманы всего через несколько часов после того, как в высокогорной чилийской обсерватории удалось наблюдать взрыв этой сверхновой в видимом спектре.

За прошедшие годы тема нейтрино привлекала внимание самых выдающихся умов и неординарных личностей из мира теоретической физики. Среди наиболее крупных ученых, интересовавшихся этими частицами, был остроумный интеллектуал Вольфганг Паули, подчеркивавший на примере нейтрино, что современная физика переживает кризис. Был мятежный гений Этторе Майорана, строивший теории о «зеркальных близнецах» нейтрино; в возрасте 32 лет Майорана пропал без вести. Был убежденный социалист Бруно Понтекорво, указавший на возможность перехода одного типа нейтрино в другой; после войны Понтекорво эмигрировал в СССР, спровоцировав крупный скандал времен холодной войны. Некоторые охотники за нейтрино ставили эксперименты глубоко под землей, стремясь заглянуть в недра Солнца, другие устанавливали нейтринные ловушки рядом с мощными ядерными реакторами, чтобы зафиксировать, как нейтрино переходят из одной формы в другую. За последние два десятилетия страсть к нейтрино завладела многими и многими учеными, которые присоединились к этому увлекательному поиску.