Объединенный институт ядерных исследований
09.08.2023

Осцилляции нейтрино: статус и перспективы исследований

Хорошо известно, что Бруно Максимович Понтекорво за свою жизнь совершил несколько открытий и выдвинул ряд революционных идей, существенно повлиявших на развитие современной физики элементарных частиц. Однако, по общему признанию, наиболее яркой и удивительной считается предложенная им в 1957 году идея осцилляций нейтрино. Получившая дальнейшее развитие после введения смешения ароматов нейтрино авторами — Маки, Накагава, Саката — в работе 1962 года эта модель была сформулирована в близком к современному виде в работе Понтекорво и Грибова в 1968 году. 

С тех пор многие авторы внесли свой вклад в изучение возможных сценариев осцилляций, но наиболее систематически это сделали Понтекорво, Биленький и Петков, что нашло отражение в нескольких наиболее цитируемых обзорах. Хочется особо подчеркнуть важную роль, которую сыграл Самоил Михелевич Биленький как в разработке теоретического контекста и вариантов осцилляций, так и в бесконечной убежденности, что это явление существует, а впоследствии и в разъяснении деталей и приоритетов в истории этой научной идеи. 

Принципиально революционным в идее осцилляций является то, что для существования этого явления нейтрино должны иметь ненулевые массы, в отличие от общепризнанной на тот момент формулировки теории с безмассовыми нейтрино. 

Первые экспериментальные намеки на осцилляции нейтрино появились в экспериментах с солнечными нейтрино, где было обнаружено, что поток нейтрино от Солнца гораздо ниже ожидаемого. Для обнаружения нейтрино в эксперименте Homestake использовалась предложенная Понтекорво реакция Cl-Ar, которая имела порог по энергии нейтрино около 0,8 МэВ и, следовательно, регистрировала лишь очень небольшую часть потока нейтрино от Солнца. 

Это вызвало некоторые сомнения: общепринятая солнечная модель может быть не настолько точной, чтобы предсказывать потоки в мельчайших подробностях, а наблюдаемое противоречие, возможно, связано с неопределенностью теории. Позднее подобный эффект наблюдался и в экспериментах GALLEX и SAGE, где использовалось другое изотопное превращение, Ga-Ge с порогом около 0,2 МэВ, что позволило детектировать значительную часть основной солнечной pp-реакции и, казалось бы, избавиться от сомнений в неопределенности предсказаний теории. Однако это предубеждение осталось, и нейтринные осцилляции не рассматривались как предпочтительная причина наблюдаемого дефицита. 

 Ситуация изменилась с появлением результатов экспериментов Super-Kamiokande (SK) и SNO, обнаруживших явления, полностью подтверждающие нейтринные осцилляции в атмосферных и солнечных нейтрино соответственно. Важность и уникальность нейтринных осцилляций были отражены в Нобелевской премии по физике 2015 г., присужденной Кадзите (SK) и Макдональду (SNO) «за открытие нейтринных осцилляций, которое показывает, что нейтрино имеют массу».

 Теперь, примерно через 25 лет после публикации результатов SK и SNO, нейтринные осцилляции были подтверждены и изучены во многих экспериментах с различными методами детекторов и источниками нейтрино. Один из обзоров, подготовленный авторами из ОИЯИ (Л.Д. Колупаева, М.О. Гончар, А.Г. Ольшевский, О.Б. Самойлов), с описанием современного состояния и перспектив дальнейших измерений параметров осцилляций нейтрино появился недавно в УФН к 110-летию Бруно Максимовича Понтекорво. 

А.Г. Ольшевский