Нейтринная программа ИЯИ РАН

    В экспериментах по измерению потока солнечных нейтрино за последние годы с высокой точностью доказана термоядерная природа солнечной энергии.

   Одним из основных результатов, доказывающих это, являются более чем десятилетние измерения потока солнечных нейтрино в совместном российско-американском эксперименте под руководством академика Г.Т.Зацепина и В.Н.Гаврина на Галлий-германиевом нейтринном телескопе Баксанской нейтринной обсерватории Института ядерных исследований Российской академии наук (ГГНТ БНО ИЯИ РАН). Телескоп расположен глубоко под землёй в Баксанском ущелье на Северном Кавказе, что значительно снижает мешающий фон излучений, создаваемый космическими лучами и другими источниками, в то время как солнечные нейтрино легко проходят сквозь толщу земного шара. Идея этого эксперимента была предложена в работах академика М.А.Маркова и члена-корреспондента РАН В.А.Кузьмина.

   Впервые поток солнечных нейтрино, треть предсказываемого теорией, был измерен в 60-х годах в хлорном эксперименте (США), предложенным нашим академиком Б.Понтекорво, затем на установке KAMIOKANDA (Япония), использующей излучение, открытое нашим нобелевским лауреатом П.А.Черенковым.

   Руководители этих экспериментов Р.Дэвис и М.Кошиба были удостоены в 2002 году Нобелевской премии.

   Однако в этих экспериментах измерялся поток только высокоэнергичных нейтрино, который составляет лишь малую часть полного потока солнечных нейтрино.

   Только галлиевый эксперимент, измеряющий основной поток солнечных нейтрино, позволил с уверенностью определить величину этого потока.

   Результаты, полученные на ГГНТ, где измеренный поток составляет более половины предсказанного теорией, вместе с результатами других нейтринных экспериментов: более позднего галлиевого эксперимента в Германии, экспериментов на установках SuperKamiokanda и KamLAND в Японии, SNO в канадской шахте с высокой точностью подтвердили термоядерную модель Солнца при учёте эффекта осцилляций нейтрино.

   В настоящее время наряду с продолжающимся мониторингом потока солнечных нейтрино на ГГНТ для повышения точности измерений проводится калибровочный эксперимент с помощью искусственного источника нейтрино с энергией, близкой к энергии солнечных нейтрино. Этот уникальный источник создан в 2004 году на Белоярской атомной станции коллаборацией учёных и специалистов под руководством В.Н.Гаврина.

   Другим важнейшим результатом этих экспериментов по измерению потока солнечных нейтрино явилось подтверждение нейтринных осцилляций - периодического превращения нейтрино одного вида в другой. Причём здесь существенную роль играет эффект взаимодействия нейтрино с электронами вещества Солнца, открытый С.П.Михеевым, А.Ю.Смирновым и американцем Л.Вольфенштейном.

   Параметры осцилляций нейтрино можно измерять на Земле, исследуя зависимость состава потока нейтрино, создаваемого реактором атомной станции или ускорителем, от расстояния до реактора. Сейчас идёт подготовка к ряду таких экспериментов, в том числе, с участием учёных ИЯИ РАН: К2К (Япония), руководитель группы Ю.Г.Куденко и в коллаборации с Францией, руководитель Л.Б.Безруков.

   Существование осцилляций нейтрино предопределяет наличие массы покоя у нейтрино, величина которой играет важную роль в решении космологических проблем и в физике элементарных частиц. Непосредственно массу нейтрино можно найти из закона сохранения энергии, измеряя энергию электрона при бета распаде трития. В течение последнего десятилетия лидирующую позицию в мире здесь занимает эксперимент ТРОИЦК-НЮ-МАСС под руководством академика В.М.Лобашёва, в котором всё более снижается граница возможной массы нейтрино, сейчас - 2 эВ/c². Успех этого эксперимента породил создание нового гораздо более крупномасштабного подобного эксперимента в Германии, где предполагается снизить границу ещё на порядок величины или найти массу нейтрино.

   Ещё одной возможностью определения массы нейтрино является изучение спектров электронов безнейтринного двойного бета распада различных элементов. В эксперименте Гейдельберг-Москва под руководством Г.Клапдора было получено указание на наличие такого распада. В настоящее время готовится новый международный эксперимент GERDA по проверке этого результата с участием Л.Б.Безрукова, В.В.Кузьминова и А.А.Смольникова.

   Космическими источниками нейтрино помимо Солнца служат взрывы сверхновых звёзд. Непрерывный поиск таких событий ведётся на Баксанском подземном сцинтилляционном телескопе (БПСТ ИЯИ РАН), руководитель В.Б.Петков и совместном эксперименте LVD в Италии, руководитель член-корреспондент РАН О.Г.Ряжская. В последние годы удалось найти причину загадочного временного сдвига между регистрацией нейтрино в этих двух установках от взрыва известной сверхновой 1987А - вращение сверхновой и наличие большого количества железа в конструкции детектора.

   Для регистрации нейтрино высоких энергий и других высокоэнергичных частиц служит с 1998 года Байкальский глубоководный нейтринный телескоп (БГНТ ИЯИ РАН) под руководством Г.В.Домогацкого. Этот телескоп детектирует черенковское излучение, создаваемое в окружающем детектор доступном объёме воды заряженными частицами, возникающими при взаимодействии нейтрино прошедших сквозь земной шар с грунтом. По величине детектируемого объёма он является крупнейшим в мире подводным детектором и сравним с ледовым детектором АМАНДА (США) на Южном Полюсе. В настоящее время идёт регулярная весенняя научная экспедиция на озеро Байкал для обслуживания БГНТ, и объём детектора будет ещё увеличен.

   В ИЯИ РАН разрабатываются проекты регистрации нейтрино ещё более высоких энергий, руководитель И.М.Железных: характерный звук, создаваемый пучком частиц, рождаемых энергичной космической частицей в воде океана можно зарегистрировать чувствительной антенной на большом удалении от события; радиовсплески, возникающие при взаимодействии космических нейтрино с грунтом Луны можно наблюдать с помощью радиотелескопа на Земле, а возникающие при взаимодействии космических нейтрино со льдом Антарктиды можно наблюдать с помощью радиотелескопа, летающего вокруг Южного Полюса на аэростате.

   Важным направлением исследований является изучение атмосферных нейтрино, возникающих в атмосфере под действием космических лучей - потока энергичных протонов и ядер лёгких элементов от Солнца и далёких космических источников. Здесь сложилась известная в мире научная школа под руководством академика Г.Т.Зацепина. Эксперименты ведутся на установках Баксанской нейтринной обсерватории, на Памире, в районе озера Байкал. Огромное внимание в последнее время привлекает наблюдение событий, вызываемых космическими лучами сверхвысоких энергий, выше предела, определяемого их взаимодействием с реликтовым излучением, - известного ГЗК обрезания, открытого К.Грейзеным, Г.Т.Зацепиным, В.А.Кузьминым.

   Влияние космических лучей на процессы в атмосфере Земли исследуется на установках Баксанской нейтринной обсерватории под руководством А.С.Лидванского.

   И конечно, нельзя не сказать о мощной команде теоретиков, возглавляемых тремя академиками - А.Н.Тавхелидзе, В.А.Матвеевым, В.А.Рубаковым, руководителями целевых программ фундаментальных исследований РАН "Нейтринная физика" и "Физика элементарных частиц", чьи достижения высоко стоят в мировой науке.

   Помимо расширения наших знаний о природе, исследование нейтрино имеет огромное значение для человечества, прежде всего хотя бы потому, что сквозь каждого из нас неощутимо пролетают сотни миллиардов нейтрино в секунду, изредка разрушая какой-нибудь наш атом; нейтрино вносит свой вклад в естественный радиационный фон; нейтрино в принципе можно использовать для расширения возможностей астрономии, исследования физики космоса и Солнца, определения структуры и состава Земли и других планет, поиска полезных ископаемых, удалённого мониторинга режима работы ядерных реакторов, детектирования скрытых радиоактивных материалов и других целей.

В год 35-летия ИЯИ РАН мы приветствуем объявление 2005 года всемирным годом физики и желаем всем исследователям природы новых крупных научных открытий, счастья и процветания.