В Институте теоретической и экспериментальной физики доктором физико-математических наук В.А. Любимовым, Е.Г. Новиковым, В.З. Нозиком, Е.Ф. Третьяковым и В.С. Козиком выполнены точные измерения спектра электронов бета-распада трития, входе которого из исходного ядра вылетают электрон и антинейтрино. Анализ полученных данных с высокой достоверностью указывает на то, что нейтрино имеет массу. Научное сообщение об этом на днях заслушал президиум Академии наук СССР.

        История нейтрино началась после того, как обнаружено драматическое противоречие между спектром энергий электронов, испускаемых при распаде радиоактивных ядер и законом сохранения энергии. Тогда лауреат Нобелевской премии В. Паули высказал гипотезу о том, что в процессе бета-распада, кроме электрона, из ядра вылетает еще одна частица, которая и делит энергию распада с электроном в различной от случая к случаю пропорции. Паули предположил, что в опытах она не видна, так как не имеет электрического заряда, обладает малой массой и практически не взаимодействует с веществом.
        Эксперименты по прямому доказательству существования нейтрино велись двадцать лет и завершились в 1953 году. Они подтвердили предположения Пали, и, в частности, то, что нейтрино, образующееся при бета-распаде, способно свободно проходить через Землю и Солнце, практически не испытав ни одного взаимодействия с огромным количеством вещества, встречающегося на его пути. Отсюда вытекала общепринятая точка зрения, что масса нейтрино равна нулю, и эта частица, подобно фотону, может двигаться только со скоростью света.
        Изучение бета-распада до сих пор дает наилучшие сведения о массе нейтрино. Наиболее выгодно экспериментально изучать распад редкого тяжелого радиоактивного изотопа водорода – трития. Энергетический спектр испускаемых им электронов таков, что чем больше энергия частиц, тем меньшее число их испускается при бета-распаде. Вот на этой «бедной» части спектра и надо сосредоточить внимание, если поставлена задача изучить вопрос о массе нейтрино.
        Разумеется, многое зависит и от чувствительности прибора. Такой спектрометр был сконструирован и создан в Институте теоретической и экспериментальной физики Е.Ф. Третьяковым. По информативности применительно к исследованию массы нейтрино этот спектрометр – рекордный.
        Как же проводились эксперименты? Тритий газообразен. И для того, чтобы закрепить его в источнике, использовалось сложное химическое вещество – аминокислота валин, - изготовленное в Институте молекулярной генетики АН СССР. Оно содержало10^16 атомов трития  в образце. Вес образца – около 2 микрограммов, а толщина его – несколько молекулярных слоев. Но даже при этом условии образец приводит к искажению энергии электронов, и потребовалось очень тонкие исследования этого эффекта.
        Источник испускает около 30 миллионов электронов всех энергий в секунду, но массу нейтрино «чувствует» лишь одна десятитысячная их доля. Именно она и изучалась в работе физиков.
        Ученые пришли к выводу: полученные результаты указывают на существование у нейтрино массы, величина которой лежит где-то между одной тридцатитысячной и одной десятитысячной массы электрона.
        Окончательный ответ на этот вопрос дадут дальнейшие независимые проверки.
        Наличие у нейтрино даже малой массы покоя проливает новый свет на представления физиков о важных законах природы. Этой теме было посвящено сообщение на заседании президиума АН СССР академика Я.Б. Зельдовича, докторов физико-математических наук А.Г. Дорошкевича и Р.А. Сюняева, кандидата физико-математических наук М.Ю. Хлопова.
        Для астрофизики подтверждение того, что нейтрино обладает массой покоя, имеет далеко идущие следствия, отметили авторы доклада. В соответствии с «горячей» моделью Вселенной, подтвержденной радионаблюдениями, в каждом кубическом сантиметре пространства находится в среднем 500 фотонов и по 75 нейтрино и антинейтрино каждого из трех сортов, известных физике элементарных частиц. Всего 450 этих частиц в кубическом сантиметре! В то же время средняя плотность вещества во Вселенной в пять миллиардов раз меньше, чем следует из этой цифры. Экспериментаторы обнаружили, что масса электронного нейтрино в 50 миллионов раз меньше, чем у атома водорода. И тем не менее эти частицы вносят главный вклад в среднюю плотность вещества во Вселенной, и он в десятки раз превышает вклад остального вещества. Это имеет важные следствия для представлений о будущем Вселенной, ее строении и эволюции, об истории образования галактик.
        Вселенная, по-видимому, замкнута. Наблюдаемое ее расширение через 10-20 миллиардов лет сменится сжатием. Современный возраст Вселенной составляет около десяти миллиардов лет. Предстоящие эксперименты по уточнению полученных группой ИТЭФ данных и по измерению масс других сортов нейтрино, уточнение фактического возраста Вселенной могут привести к необходимости вернуться к варианту общей теории относительности с космологической постоянной, предложенной Эйнштейном в 1917 году. Вывод о том, что нейтрино имеют массу, отражается и на представлениях о процессе образования галактик.
        Находит объяснение и парадоксальный факт существования так называемой скрытой массы – речь идет о том, что полная масса нашей галактики заметно превышает суммарную массу звезд, входящих в нее, а полная масса скоплений галактик – суммарную массу отдельных галактик, входящих в эти скопления. Противоречие снимается, если нейтрино имеют массу покоя и заполняют межзвездное пространство в галактике и межгалактическое пространство в скоплениях галактик.
        Академик Б.М. Понтекорво предложил метод регистрации нейтрино. Многолетние наблюдения американских ученых позволили обнаружить нейтрино, рождающиеся в ходе ядерных реакций в недрах Солнца. Но их приходит на Землю меньше, чем ожидалось. Если же эта частица имеет массу, то, как предположил Б.М. Понтекорво, часть излучаемых Солнцем электронных нейтрино может превращаться а два других сорта нейтрино, которые невозможно регистрировать принятыми методами. Таким образом, наличие массы покоя у нейтрино помогает объяснить расхождение между теоретически предсказанным и фактически регистрируемым числом этих частиц.
        Как видим, вопрос о массе покоя у нейтрино имеет фундаментальное значение. И ведущие группы астрофизиков-теоретиков нашей страны заняты сейчас изучением следствий, которые вытекают из мастерски проведенного эксперимента своих коллег – специалистов в области элементарных частиц, результаты которого получили высокую оценку научной общественности.

Справка:

Сворень Р.А. Призрак на весах или рассказ о том, как взвешивали невесомое нейтрино // Наука и жизнь, 1980, № 7, с. 26-32.