Как астрофизики нашли связь между самой загадочной частицей во вселенной и космическими суперколлайдерами? Каких новых данных ждут ученые от подводной установки на Байкале? И почему человеку, который сумеет вооружить нейтрино, надо дать Нобелевскую премию мира? В программе «Гамбургский счет» рассказывает заведующий лабораториями ФИАН и МФТИ, член-корреспондент РАН Юрий Ковалев.
Почему все, что касается нейтрино, является таким важным?
Уже больше ста лет люди умеют измерять энергию электрона. Казалось бы, работает закон сохранения энергии: одно ядро минус другое ядро, и мы получаем количество энергии электрона. Однако электроны вылетали совсем других энергий, меньших. И долгое время никто не понимал, что происходит, даже обсуждали вероятность того, что закон сохранения энергии в микромире не работает. Но в 1930 году Вольфганг Паули предположил, что вылетает еще такая маленькая частичка, легенькая, электрически нейтральная. Как ее ловить, вообще непонятно. И в 1934-ом Энрико Ферми разработал стройную теорию бета-распада, предположив существование нового типа взаимодействия, откуда, собственно, нейтрино и вылезло.
Чем нейтрино замечательно? Кроме то, что это слабое взаимодействие, сама масса нейтрино настолько маленькая, что долгое время обсуждалось, нулевая она или нет. Однако для нас самое интересное и важное – это то, что нейтрино может вылезти откуда угодно и пролететь очень большие расстояния. Оно может вылететь из центра Солнца в результате термоядерных реакций. А мы, используя солнечные нейтрино, получим возможность изучать происходящие в центре Солнца процессы.
Каким образом ученые узнали географическую родину нейтрино сверхвысоких энергий?
Единственный вариант, как это нейтрино может к нам пробиться – если в его рождении участвует релятивистский протон, то есть протон, разогнанный до скорости, практически равной скорости света. Это означает, что если из космоса к нам прилетают нейтрино сверхвысоких энергий, значит где-то во Вселенной есть космические суперколлайдеры, которые в состоянии ускорить массивный протон.
Гипотеза, которую мы проверяли, заключалась в том, что протоны ускоряются до световых скоростей в самых центрах (или очень близко к центру) далеких квазаров. Итак, центральная сверхмассивная черная дыра массой миллиарды масс Солнца. Она подпитывается веществом, которое падает на нее из окружающего черную дыру диска пыли и газа. Вещество падает на черную дыру, там формируется электромагнитная пружина, которая разгоняет частицы до скоростей света, в том числе и протоны.
Как поймать нейтрино?
Вообще-то нейтрино ловить очень сложно. И наши коллеги используют несколько красивейших идей, например, километровой куб льда на Южном Полюсе (нейтринный телескоп IceCube). Нейтрино, проходя через лед, взаимодействует с ним, в результате чего рождаются летящие со скоростью света, скажем, заряженные частицы – электроны. Они летят через лед почти со скоростью света в вакууме, и когда такое происходит, образуется излучение, практически видимый свет. Эти всполохи света детектирует IceCube во льду и наш телескоп «Байкал» в воде. По этим всполохам можно определить момент, когда пришло нейтрино, его направление и энергию. Вот только нашим западным коллегам, которые сравнивали эту информацию с тем, что приходит из Вселенной в гамма-лучах, за 10 лет удалось найти один квазар.
И мне пришла такая идея: мы наблюдаем то же самое небо, те же самые квазары с помощью сетей радиотелескопов вот уже 15 лет. Проверили данные с РАТАНа, и оказалось, что те самые квазары, которые находятся в направлениях, откуда пришло нейтрино, не только самые яркие, но и откуда-то знают момент времени, когда мы регистрируем нейтрино, потому что в этот момент от них также видна вспышка радиоизлучения.
Как работают нейтринные телескопы?
Они регистрируют нейтрино из-под земли, потому что Земля используется как громадный фильтр, все остальные частицы сгинули, а нейтрино прошло. Соответственно, IceCube, который находится на Южном Полюсе, наблюдает нейтрино, которые приходят с Севера, а «Байкал» будет из-под земли видеть нейтрино, которые приходят практически с Южного Полюса.
Таким образом, эти два громадных телескопа будут регистрировать нейтрино со всего неба, а мы с помощью радиотелескопов сможет закрывать все или почти все небо в радиоастрономии, одновременно наблюдая эти самые квазары.
В сентябре проходил совет по науке при президенте РФ, где Владимир Путин спросил, можно ли вооружить нейтрино. Какие есть варианты?
Будущее, в котором армии вооружены нейтрино, представляется в самых светлых тонах. Ведь нейтрино проходит через любые объекты. Так что это будут самые миролюбивые армии в мире, и человеку, который смог бы это реализовать, надо точно дать Нобелевскую премию мира.