Выбрать главу

Фіксація нейтрино — величезна проблема. Взаємодіючи, нейтрино зникає, породжуючи низку вторинних частинок. Тип нейтрино визначається присутністю серед утворених частинок або електрона, або мюона, або інших частинок — скажімо, піонів. Зауважмо, що існують і антинейтрино. Різниця визначається безпосередньо за продуктами взаємодії: мюонний нейтрино породжує негативний мюон, а антинейтрино утворює позитивний мюон.

Отже, фіксація взаємодії нейтрино здійснюється так само, як і інші фіксації — у бульбашкових камерах або електронних приладах. Проблема — у винятковості потрібних актів і складності відмежування від взаємодій-паразитів, які проходять набагато легше. Аби компенсувати дуже слабку вірогідність взаємодії, акти виявлення нейтрино повинні спиратися на потужний струм і величезну масу детектора. Вже дослід Рейнза показав, яких розмірів можуть досягати детектори.

На щастя, джерела нейтрино майже завжди дуже щедрі. Сучасні ядерні реактори випромінюють приблизно сто мільярдів мільярдів нейтрино щосекунди (без шкоди для довкілля). Насправді це — електронні антинейтрино. Сонце ж щосекунди надсилає потік з 60 мільярдів електронних нейтрино на один квадратний сантиметр земної поверхні — і вдень, і вночі, адже й вночі земна твердь не зупиняє польоту нейтрино. Що ж до прискорювачів, то їхній потік залежить від кількості протонів, випущених у ціль. Типовий сучасний прилад може утворювати близько 1011 протонів за один цикл, що дозволяє випустити близько 108 нейтрино. Пучок нейтрино споживає всі протони, прискорені у приладі, тому так складно проводити кілька схожих дослідів паралельно. Фізики, які досліджують нейтрино, вимагають ексклюзивності своїх експериментів.

Розбите дзеркало

Часто у фізиці виникає питання симетрії. Але що воно таке — симетрія? Це перетворення, що залишає незмінними рівняння, які керують явищами, що підлягають розглядові. Її наслідок — закони збереження. Так, симетрія переносу, що характеризує однорідність простору, пов’язується зі збереженням енергії. Симетрія обертання, яка характеризує ізотропність простору — а закони фізики однакові незалежно від напрямку, — асоціюється зі збереженням кутового моменту. У більш розгорнутому вигляді принцип відносності передбачає, що всі фізичні закони однакові, хоч би яким був відносний рух окремих спостерігачів, що пересуваються з незмінною швидкістю. Айнштайн поширив цей принцип на прискорені рухи: пришвидшений спостерігач може уявити, ніби не рухається, а сила, дію якої він відчуває, є наслідком гравітаційного поля. Отже, щойно на обрії з’являється гравітація, всі спостерігачі опиняються в рівних умовах. Більш абстрактна симетрія еталону характеризує три негравітаційні різновиди взаємодії. Застосовується вона, приміром, в електриці, де результат залежить лише від різниці потенціалів, а не від їхнього точного значення.

Враховуючи все сказане вище, можна констатувати, що на Землі панує очевидна асиметрія — неврівноваженість матерії та антиматерії. Однак у світі частинок матерія та антиматерія співіснують, достоту близнючки. Разом народжуються і разом зникають. Єдина різниця між ними — протилежні заряди. Чому ж тоді впродовж розвитку Всесвіту вижила тільки матерія, хоча в момент Великого вибуху, як припускають, панувала симетрія?

Складники відповіді на це запитання знаходимо в порушеннях симетрії, відомих як дискретні або уривчасті. Усього відомо три типи таких порушень: передусім ідеться про симетрію люстра, яку називають відповідністю Р; далі — симетрія матерія-антиматерія, відома як поєднання заряду С; нарешті — зміна напрямку часу Т. Відображення у дзеркалі (симетрія Р) здавалося природним, пов’язуючи явища, що могли відбутися з однаковою вірогідністю. Це було справедливим щодо електромагнітних і сильних взаємодій, одначе не здійснилося щодо слабких взаємодій. Порушення симетрії Р відкрили 1956 р. в процесі радіоактивного розпаду кобальту-60, що випромінював електрони. Магнітне поле скеровує рух частинок. Скероване донизу, воно відхиляє спіни ядер кобальту в цьому напрямку. Електрони ж прямують угору. Симетрія у дзеркалі дає конфігурацію поля, скерованого вгору, де електрони рухаються вниз. Тобто, у протилежному напрямку, ніж у реальному світі. Ситуація, що спостерігається, не є наслідком віддзеркалення — симетрія порушується, бо напрямки не є тотожними.