В итальянском Национальном институте ядерной физики (Italian National Institute for Nuclear Physics) сегодня праздник. Отмечают прокладку новой транспортной магистрали. Но не для людей или машин. Из ЦЕРНа в Национальную лабораторию Гран-Сассо (National Laboratories of Gran Sasso) впервые доставлен пучок нейтрино. Начались европейские эксперименты по наблюдению осцилляций этих загадочных частиц.
«Магистраль» из нейтринного луча, получившая наименование Cngs — CERN-Gran Sasso, имеет около 730 км в длину.
В ходе проекта OPERA (Oscillation Project with Emulsion tRacking Apparatus) на ускорителях ЦЕРН учёные столкнут пучки протонов с мишенью. В результате столкновения образуются короткоживущие пионы и каоны, быстро распадающиеся с образованием мюонных нейтрино. Ученые надеются, что за время прохождения сквозь толщу земной коры, с которой нейтрино взаимодействуют слабо, часть мюонных нейтрино проосциллируют в тау-нейтрино. Такой переход пока что никогда не наблюдался.
Получаемый в ЦЕРН пучок нейтрино сквозь толщу земной коры (тем самым очищенный от других частиц, которые вещество коры задерживает) направляется в лабораторию Гран-Сассо, укрытую под 1200 м скалы. Он достигает итальянской лаборатории за 2,5 миллисекунды. Здесь приборы могут работать только с нейтрино, поскольку толща породы надежно защищает детекторы от фоновых космических лучей. Детектор, состоящий из 1800 тонн жидкого аргона, будет работать только с нейтрино.
Физики надеются, что им удастся не только подтвердить недавно доказанное наличие массы покоя у нейтрино, но и показать, что все три типа нейтрино имеют различные массы покоя.
Эксперимент OPERA — параллельный американскому MINOS'у (Main Injector Neutrino Oscillation Search). Американские коллеги уже получили интересные результаты.
Суть эксперимента MINOS такова: ускоритель лаборатории Ферми в Батавии близ Чикаго (штат Иллинойс) отправляет мощный поток нейтрино по прямой сквозь толщу земной коры в лабораторию, находящуюся в 730 км от ускорителя — в городке Судан, штат Миннесота. Поток искусственных нейтрино создается путем бомбардировки мишени протонами высокой энергии. Одним из продуктов этой реакции становятся пионы, которые затем распадаются на мюоны и нейтрино (время распада около 10-8 с).
Поток частиц, проходя через толщу земной коры (из-за кривизны поверхности земного шара срезающий угол поток углубляется на 10 км), очищается от мюонов и уже через 800 м становится чистым потоком мюонных нейтрино с ничтожно малой и контролируемой примесью электронных нейтрино.
Если бы нейтрино не осциллировали, то оба детектора должны были фиксировать одинаковое количество нейтрино. Однако на выходе из реактора было зарегистрировано 177 мюонных нейтрино, а в Судане — только 92. Cудя по всему, ученые зафиксировали осцилляцию мюонных нейтрино в электронные или в тау-нейтрино.
Эксперименты MINOS и OPERA проводятся согласованно и по различным методикам. Они дополняют друг друга. Поэтому через полтора года, когда появятся первые результаты европейского эксперимента, свидетельств наличия массы покоя у нейтрино должно стать еще больше.