Вы когда-нибудь слышали такое словосочетание – солнечные нейтрино?
Ну теперь точно слышали😁. Но что такое эти самые нейтрино? Давайте сегодня поговорим об этом.
Для начала хочу сообщить Вам, что они не вредны для человека. В эту самую секунду огромное количество нейтрино проходят прямо сквозь Вас. Вдумайтесь только – несколько сотен миллиардов нейтрино проходит через каждый квадратный сантиметр Вашего тела прямо сейчас! Но Вы никогда не заметите их. Ни разу за всю свою жизнь. Они никогда не причинят Вам вреда, потому что почти не взаимодействуют с материей. Из которой состоит и Ваше тело.
Могу поспорить, что прямо сейчас Вы задаетесь вопросом – откуда они вообще берутся, эти нейтрино?
Солнечные нейтрино
В основном они исходят от Солнца. Солнечные нейтрино являются своего рода побочным эффектом термоядерной реакции, питающей Солнце. И излучаются они Солнцем просто в колоссальных количествах. Но это еще не самое интересное.
Наука знает, сколько именно нейтрино должно исходить от Солнца. Если конечно теории об их возникновении верны. Поэтому, как казалось бы, их количество довольно просто можно сосчитать. И тем самым доказать правильность всех наших теорий.
Однако все вышло не так. В реальности ученые столкнулись с небольшой проблемой. Потому что на самом деле исследователи не могут обнаружить нейтрино.
Так как тогда их посчитать?
Нейтрино — необычайно странная штука. С одной стороны, эта частица не является чем-то необычным. Это просто один строительных блоков материи. Просто нейтрино очень и очень маленькая частица. Она гораздо меньше, чем протон. Не менее, чем в миллиард раз. Представьте – если нейтрино увеличить до размеров куриного яйца, то протон в этой пропорции по размерам будет в 10 раз больше нашей Земли! Представляете, какая крохотная эта частица!
Как поймать невидимку?
Когда ученые хотят изучать какие-то виды излучений, они используют телескопы.
Исследователи используют оптические телескопы для работы в видимом диапазоне. Радиотелескопы они применяют для исследования радиоволн. И еще у них есть множество других типов инструментов для изучения остальных частей электромагнитного спектра. Но все эти устройства используют зеркала и линзы. И солнечные нейтрино просто не будут с ними взаимодействовать.
Так может использовать то же оборудование, которое применяется для изучения других атомных частиц? Нет. Тоже не получится. Нейтрино, похоже, любят жить в стране тайн.
И все же их можно обнаружить. Поскольку не всегда солнечные нейтрино беспрепятственно продолжают свой веселый путь. Если пропустить их через атомы хлора, эти атомы хлора превратятся в атомы аргона!
Да, это звучит немного странно. Это то, что называется радиоактивным распадом. Но давайте прибережем эту тему для другой статьи.
Да, можно считать солнечные нейтрино и ставить плюсик в блокнот каждый раз, когда атом хлора превращается в атом аргона. Но и здесь есть проблема. Потому что нейтрино – не единственное, что может взаимодействовать с атомом хлора.
Есть такой тип излучения, известный как космические лучи. И они столь же загадочны, как и их название. Ученые до сих пор не совсем понимают, откуда они берутся. И хотя они называются излучением, на самом деле космические лучи не являются частью электромагнитного спектра.
Что науке известно точно, так это то, что нужно исключить их влияние, чтобы убедиться, что эксперимент с хлором и нейтрино абсолютно точен.
Неожиданный результат эксперимента
В 1960-х годах химик по имени Рэймонд Дэвис-младший придумал способ обойти космические лучи. Он закопал 400 тонный резервуар с чистящей жидкостью на дне золотого рудника в Южной Дакоте, США. Эта жидкость содержала хлор. Поэтому с ее помощью можно было сосчитать солнечные нейтрино, прошедшие через него.
Дэвис подсчитал (согласно представлениям того времени о том, как работает Солнце), что будет обнаруживать одно нейтрино за одни сутки. Но вышло все вовсе не так. Одно нейтрино фиксировалось только один раз в трое суток.
Этот факт, конечно же, вызвал массу вопросов. До этого ученые были вполне уверены, что понимают, как устроено Солнце. Получалось так, что их теории были ошибочными. Или это эксперимент Дэвиса давал ошибки?
Дело в том, что все научные методы основаны на фактах. И если доказательства указывают на противоречие фактов теории, наука, как правило, считает, что верна теория. Да, всего одного противоречивого эксперимента достаточно, чтобы поставить под сомнение теорию. Однако таких фактов требуется очень много, чтобы убедить ученых в их неправоте.
Эксперимент Дэвиса насчитал только одну треть от ожидаемого количества нейтрино. Что-то было не так. Этот факт нельзя было игнорировать. Поэтому физики начали искать способ выяснить, что же происходит. И в конце концов они сделали открытие, которое потрясло мир науки.
На квантовом (субатомном) уровне физика иногда работает таинственным образом. Который иногда, на первый взгляд, несколько противоречит здравому смыслу. И нейтрино в этом смысле ничем не отличаются от других загадочных явлений. Выяснилось, что по сути они как бы колеблются между тремя различными состояниями.
Солнечные нейтрино. Что все это значит?
По правде говоря толком ничего не понятно. Но очень интересно😀. Известно лишь, что физики почему-то называют эти состояния ароматами. Остается только гадать, хороши ли они на вкус.😁
Но в любом случае есть один очень важный вопрос. И он заключается в том, какое отношение ароматы нейтрино имеют к ошибке в эксперименте Дэвиса?
Помните, как Дэвис пытался подсчитать нейтрино, испускаемые Солнцем? Так вот. Оказалось что Солнце излучает только один из ароматов. И так получилось, что эксперимент Дэвиса был разработан для обнаружения только этого аромата. Ученые установили, что аромат, который имеют солнечные нейтрино, изменяется за свое восьмиминутное путешествие от Солнца до Земли.
Вот так вот. К тому времени, как нейтрино добирались до резервуара с хлором, они превращались в три разных типа. И на самом деле все три аромата проходили через этот резервуар. Со скоростью одно нейтрино в сутки. Как и ожидалось.
Но эксперимент Дэвиса выявлял только один аромат. Он обнаруживал только одно из трех нейтрино.
Вот такие странные вещи могут произойти в научном эксперименте. Особенно на квантовом уровне.
Эта странная история дала науке очень важный опыт. Выяснилось, что когда эксперимент не дает ожидаемых результатов, это не обязательно происходит потому, что теория ошибочна. Так может случиться просто потому, что Вы упускаете какую-то важную часть информации. Ту, которая могла бы изменить принципы проводимого эксперимента.
В итоге физики смогли правильно провести эксперимент. И доказали справедливость своих теорий о том, как ведет себя солнечное ядро.
Итак, теперь мы точно знаем, что Солнце питается от термоядерного синтеза😁.