Знание-сила, 2000 № 08 (878)

Как мы не раз писали на страницах журнала, в соответствии со Стандартной моделью взаимодействия, все элементарные частицы состоят из шести кварков и шести лептонов. Из кварков состоят те частицы, которые участвуют в сильных взаимодействиях (они связывают протоны и нейтроны в ядра) и слабых, а лентоны – только в слабых. Кварков шесть – u, d, s, с, b, t, последний из них был открыт всего несколько лет назад, кстати, все в той же лаборатории имени Ферми. Имена их – «ир»-верхний, «down – нижний, «stranger-странный, «charme»-очарованный, «bottom»-«beaty»-прелестный, «top»-«truth»- истинный – хорошо известны нашим постоянным читателям. Лептонов тоже шесть – электрон, мюон, тау- лептон, и у каждого из этих трех лептонов – свое нейтрино, которые так и называются – электронное нейтрино, мюонное и тау-лептонное нейтрино. Кроме того, у каждой из перечисленных частиц есть античастица (у электрона, к примеру, это позитрон) – итого 24. Это, так сказать, кирпичики микромира. Есть и переносчики взаимодействий. Хорошо знакомый всем фотон – переносчик электромагнитного взаимодействия. Промежуточные бозоны – W и Z – переносчики слабого взаимодействия. Восьмерка глюонов – переносчики сильного взаимодействия. Все эти частицы были постоянными гостями на наших страницах и в 80-е, и в 90-е годы. И вот, наконец, заключительный аккорд.

Частицы бывают заряженные и нейтральные. Заряженные частицы в эксперименте обнаружить гораздо легче, потому что когда они летят через вещество, то своим зарядом как бы «сдирают» электроны с атомов этого вещества и оставляют за собой след, похожий на тот (конечно, только по внешнему виду, а не по размеру и физической сущности), что остается за самолетом. По размеру этого следа и другим его параметрам экспериментаторы судят о том, что за частица его оставила. С нейтральными сложнее – они не оставляют за собой следа, и судить об их существовании можно только по следам, которые оставляют за собой заряженные частицы, возникшие от распада нейтральной. С нейтрино – еще сложнее, потому что это самая легкая частица изо всех, и ей просто не на что распадаться. Таким образом, о существовании нейтрино можно судить только одним способом – когда она налетает на ядро и взаимодействует с ним. И тут – третья сложность: все нейтрино очень слабо взаимодействуют с веществом, они могут лететь километры и тысячи километров через вещество без взаимодействия. Так что поймать нейтрино считается самой сложной задачей в мире элементарных частиц.

За регистрацию электронных нейтрино, потоки которых приходят к нам от Солнца, Клайд Коуэн и Фредерик Райнес получили Нобелевскую премию по физике (это главная награда в мире физики, которая вручается один раз в год за самое значительно открытие прошедших лет). За открытие мюонного нейтрино Леон Ледерман, Мелвин Шварц и Джек Штайнбергер тоже получили Нобелевскую премию. С тау-нейтрино все было еще сложнее потому, что тау- лептоны самые тяжелые, и они очень редко рождаются. Американский экспериментатор Мартин Перл из Стэнфорда, также получивший за открытие тау- лептона Нобелевскую премию, всегда подчеркивал: «Открытие тау-нейтрино очень важно и очень увлекательно».

Суть проблемы в том, что по структуре взаимодействия частиц они входят в него парами: если есть электрон, то обязательно должно быть и электронное антинейтрино, если есть мюон, то должно быть антинейтрино мюонное, а тау- лептон появляется только в сопровождении своего антинейтрино. Все эксперименты в течение последних лет двадцати доказывали справедливость Стандартной модели взаимодействия, в ней не хватало лишь последних кирпичиков. Мало кто сомневался в том, что тау-нейтрино существует, но если бы его не удалось отыскать, то рухнуло бы все стройное здание современной теории элементарных частиц. Так что искать стоило.