Нейтрино
Что такое нейтрино, как их обнаружили, почему они меняют тип, чем помогли узнать о Солнце и сверхновых и как нейтринные телескопы ищут источники космических частиц.
Нейтрино — электрически нейтральная частица, которая почти не взаимодействует с веществом. Каждую секунду через каждый квадратный сантиметр вашего тела проходят десятки миллиардов нейтрино от Солнца, и вы этого не замечаете. Но именно эти частицы позволяют заглянуть туда, куда не проникает свет.
Открытие
Вольфганг Паули в 1930 году предложил частицу, которая уносит часть энергии при радиоактивном распаде, и тем сохраняет закон сохранения энергии. Опытные доказательства получили Фредерик Рейнес и Клайд Коуэн в 1956 году у ядерного реактора (Нобелевская премия 1995 года была присуждена Рейнесу). Позднее выяснилось, что нейтрино бывают трёх типов: электронные, мюонные и тау.
Солнечные нейтрино и осцилляции
В центре Солнца термоядерные реакции дают нейтрино («Термоядерный синтез», «Строение Солнца»). Они вылетают наружу практически беспрепятственно и долетают до Земли примерно за восемь минут. Первые измерения Рэя Дэвиса в 1960–1970-х годах показали, что их втрое меньше, чем предсказывала теория. Эту «проблему солнечных нейтрино» решила идея осцилляций: нейтрино по дороге превращаются из одного типа в другой, а детекторы раньше видели только электронные. Подтвердили её японский Super-Kamiokande (1998) и канадский SNO (2001). За это Такааки Кадзита и Артур Макдональд получили Нобелевскую премию по физике 2015 года. Из осцилляций следует, что у нейтрино есть масса, пусть крошечная: эксперимент KATRIN ограничил её сверху долями электронвольта.
Нейтрино от сверхновой
При коллапсе массивной звезды почти вся энергия взрыва уносится нейтрино («Сверхновые»). 23 февраля 1987 года детекторы в Японии, США и на Баксане зарегистрировали около двух десятков нейтрино от сверхновой SN 1987A в Большом Магеллановом Облаке — за несколько часов до того, как её увидели оптические телескопы. Это стало первым в истории обнаружением нейтрино от объекта за пределами Солнечной системы.
Нейтринные телескопы
Нейтрино с очень высокими энергиями рождаются там же, где космические лучи, но не отклоняются магнитными полями, поэтому указывают прямо на источник. Обсерватория IceCube на Южном полюсе использует кубический километр антарктического льда: фотоумножители ловят вспышки, когда нейтрино сталкивается с ядрами. В 2013 году IceCube нашёл нейтрино внеземного происхождения, в 2018 году связал один из событий с блазаром TXS 0506+056, а в 2023 году построил карту нейтрино из плоскости нашей Галактики. Подобные установки строят и в Средиземном море, и в озере Байкал.
Что ещё неизвестно
Какая у нейтрино точная масса, и какой из трёх типов самый лёгкий. Является ли нейтрино собственной античастицей. Ответы может дать поиск безнейтринного двойного бета-распада. Это затрагивает и космологию: нейтрино — часть реликтового фона ранней Вселенной.