Диалоги (октябрь 2003 г.)

А.Г. Надо констатировать, что классическая генетика жива…

Л.К. Да, жива. Ее детализируют, развивают, но она жива. Ее постулаты остаются в силе, не нужно обижать, так сказать, классическую генетику и говорить, что нужно менять парадигму. Не нужно менять парадигму.

А.Г. Но, тем не менее, парадигма современной генетики проливает свет на многие смежные дисциплины, начиная от медицины, классической биологии и заканчивая, наверное, даже социологией и политикой.

Л.К. В том-то и дело, в том-то и дело… Социологи очень интересуются сейчас, кстати, генетикой.

А.Г. Да, наука будущего. Психологи бы интересовались побольше…

Нейтрино

Участники:

Владимир Михайлович Лобашев – академик РАН

Семен Соломонович Герштейн – академик РАН

Александр Гордон: …историю, как эта частица – когда-то мифическая, в существовании которой сомневались очень многие – была названа. Можете рассказать эту историю и вообще историю появления нейтрино в физике?

Семен Герштейн: Вы знаете, это действительно очень поучительная история…

Владимир Лобашев: Хотя и не единственная такого сорта.

С.Г. Радиоактивность, как известно, бывает альфа, бета и гамма. Альфа-частица при распаде какого-то ядра всегда вылетает с определенной энергией, потому что это двухчастичный распад и его определяют законы сохранения энергии и импульса. А вот бета-электроны вылетают с разными энергиями, энергия куда-то теряется. И это был кошмар для физиков 20-х годов. Проверяли всячески – но энергия ускользала. Даже великий Бор предположил, что, может быть, энергия сохраняется не точно, а только статистически. Более того, Ландау даже думал, что энергия звезд может быть связана с этим процессом. Об энергии звезд, я думаю, мы тоже поговорим и о связи ее с нейтрино.

Гипотезу о том, что, может быть, вместе с электроном улетает какая-то нейтральная частица, которая обладает большой проникающей способностью, была высказана швейцарским физиком Вольфгангом Паули.

В.Л. Гипотеза была изложена в письме, где, кроме всего прочего, Паули объяснял свое отсутствие необходимостью подготовиться к новогоднему балу.

С.Г. Он написал письмо: «Дорогие радиоактивные дамы, радиоактивные господа, я думаю, что может быть такая вещь», – он думал, что нейтрино вылетает из ядра. Вечером в пивной он сказал своему другу, тоже впоследствии знаменитому астроному Бааде: «Я сделал нечто недостойное для теоретика – я выдвинул гипотезу, которую никогда нельзя будет проверить». На что Бааде предложил ему пари на бутылку шампанского, которое любил Паули, и сказал, что когда обнаружат, тогда и разопьем. В 56-ом году, когда впервые достоверно обнаружили нейтрино, Бааде напомнил Паули об этом и они с удовольствием распили бутылку шампанского.

Для того чтобы включить нейтрино в бета-распад, Ферми пришлось придумать новый тип взаимодействия. По существу, тогда были известны только электромагнитные и гравитационные взаимодействия. И чтобы объяснить вылетание нейтральной частицы, Ферми предположил еще одно взаимодействие, его назвали специальной бета-силой, в которой рождаются электрон и нейтрино. Правда, из математического удобства…

В.Л. Слово «нейтрино», имя «нейтрино» все-таки возникло сразу же. «Нейтрино» – это «нейтрончик» в переводе с итальянского.

С.Г. Кстати, в этом письме Паули отождествлял нейтрон и нейтрино. Но когда он понял, что должна быть меньшая масса, он от этого отказался. Но в каком-то смысле в этом шутливом письме он предсказал и нейтрон, и нейтрино. Но для удобства математического описания он назвал это антинейтрино.

Теперь смотрите, какую роль сыграло вообще в физике антинейтрино. Сразу же, как только была опубликована работа Ферми – это 33-й год – Игорь Евгеньевич Тамм и Дмитрий Дмитриевич Иваненко независимо предложили с помощью бета-сил объяснять ядерные силы, связывающие протоны и нейтроны в ядре. Но когда все сосчитали – увидели, что не хватает 14 порядков. Однако эту работу Игорь Евгеньевич считал одной из лучших своих работ, несмотря на Нобелевскую премию, которую он получил совсем за другое. И действительно, эта работа Тамма и Иваненко стимулировала японского физика Юкаву, который воспринял идею обмена частиц и предположил, что протоны и нейтроны в ядре обмениваются какой-то неизвестной частицей, а силу взаимодействия, поскольку это неизвестная частица, он мог приписать любую. И из радиуса действия ядерных сил, который был экспериментально известен, он указал массу – примерно 200-300 электронных масс. И почти сразу в космических лучах такая частица была найдена – с массой не то 200, не то 300 – опыты были грубые.

Но оказалось, что она обладает совсем не теми свойствами, что частицы Юкава. Она слабо взаимодействует с веществом, проходит всю атмосферу в космических лучах. Пи-мезон не мог бы это сделать, там десять длин поглощение. И это была тоже некая трагедия. В 44-ом году, во время войны, специально устроили экспедицию на гору Арагац, создали лабораторию Алиханяна и Алиханова для изучения этого вопроса. Но, к сожалению, их здесь подвел темперамент. Они обнаружили слишком много частиц, получили даже за это Сталинскую премию. Назвали их варитроны и так далее. Оказалось, что среди этих частиц и была нужная частица. Но это сделал уже Блекетт – английский физик, Паули и Оккиалини. Они обнаружили, что действительно есть частица Юкава, которая распадается на частицу, которую назвали мю-мезон, и нейтральную частицу, которую назвали нейтрино. Но, вообще говоря, никаких данных, что это то же самое нейтрино, что и в бета-распаде, не было. Оказалось, что это другое нейтрино.

Можно и дальше говорить, какую роль сыграло нейтрино. Потом открыли то, что называется «не сохранение четности в слабых взаимодействиях», то, что законы природы не зеркально-симметричны, как это происходит в электромагнитном поле и для сильных взаимодействий. Независимо друг от друга несколько человек – Ландау, Ли, Янг, Салам, все Нобелевские лауреаты впоследствии, – предположили, что нейтрино является спиральной частицей. Спиральная частица – как винтик, у нее вращение направлено против импульса, это доказали эксперименты. Такая частица должна была быть безмассовой, мы к этому вернемся. Безмассовой, потому что если у нее есть масса, а скорость меньше скорости света, то, если вы сядете в систему координат, движущуюся вместе с частицей или даже быстрее её, то импульс и вращение сменятся с левого на правое.

В.Л. Это-то как раз было трагедией для экспериментаторов, потому что заранее постулируется, что частица не имеет массы. Что еще можно искать? Но, тем не менее, надо отдать должное экспериментаторам того поколения – они начали искать массу с самого начала. Хотя уже существовала гипотеза о Вейлевском нейтрино, ужасно красивая.

С.Г. Автоматически предсказывалось, что масса ноль.

В.Л. Да, масса ноль и зачем искать? Но, тем не менее, поиски начались буквально почти с момента появления гипотезы о существовании нейтрино. И в этом деле очень большую роль сыграл распад трития, потому что тритий оказался наиболее, как говорится, «комильфо» для этих экспериментов, поскольку он обладал очень маленькой, по меркам радиоактивных веществ, энергией распада. И поэтому уже сразу было видно: раз он существует, распадается, значит, масса нейтрино меньше энергии перехода. А это означало, что масса нейтрино меньше, чем масса электрона, почти в сотню раз. Но тогда несложно предположить, что, наверное, она близка к нулю.

А.Г. Он и есть.

В.Л. А вот есть или нет – это тогда абсолютно не было известно.

С.Г. Оказалось, что очень красивые теоретические соображения позволяют понять, что масса нейтрино – ноль. Но я хотел бы продолжить.