Читать «Проклятые вопросы» онлайн - страница 204

Рождение гамма-астрономии, то есть наблюдение гамма-лучей приборами, расположенными на искусственных спутниках Земли и межпланетных аппаратах, позволило определить долю протонов и ядер в космических лучах. При этом используют известный механизм, который ведёт к рождению нейтральных пионов при столкновениях быстрых протонов и ядер между собой и с медленными протонами и ядрами, блуждающими в космическом пространстве. Известно, что пионы распадаются и при этом рождаются гамма-лучи. Если их интенсивность измерена, то остальное — дело математики.

Минувшее десятилетие породило ещё одно направление в физике космических лучей — нейтринную астрономию. Нейтрино, рождённое интуицией Паули как частица, необходимая для спасения законов сохранения энергии импульса при бета-распаде, так редко взаимодействует с веществом, что может беспрепятственно проходить через толщу Земли и выходить из недр Солнца — никакие взаимодействия с другими частицами не задержат её на этом пути.

В 1946 году итальянец, действительный член Академии наук СССР Б. М. Понтекорво, принимал участие в создании ядерного реактора в Канаде и искал способ экспериментально подтвердить теорию, предсказывающую выделение нейтрино при ядерных реакциях.

Он решил использовать реакцию нейтрино с ядром изотопа хлор-37, которое превращается в ядро изотопа аргон-37. Это ядро распадается, выделяя фотон рентгеновских лучей и электрон. Экспериментируя с ядрами аргона-37, Понтекорво, как он пишет, случайно установил неизвестную ранее возможность обнаруживать рождение электронов с чувствительностью, в миллион раз превышающую чувствительность известных тогда методов. Хлор-аргонный метод не только позволил изучать нейтрино, порождаемые в ядерных реакторах, и определить, что там рождаются не сами нейтрино, а их античастицы — антинейтрино, но и привёл к рождению нейтринной астрономии.

Нейтринной астрономией называют исследование нейтрино, приходящих к Земле в составе космических лучей.

Первый эксперимент с космическими нейтрино чуть не подорвал доверие к общепризнанной теории происхождения энергии Солнца и большинства звёзд.

Гипотеза о том, что солнечная энергия образуется в результате термоядерных реакций, была выдвинута в 1920 году А. Эддингтоном. В конце тридцатых годов Г. Бете детально проанализировал ход соответствующей реакции, в которой в результате ряда промежуточных шагов осуществляется объединение четырёх протонов в ядра гелия. При этом два положительных заряда выделяются в виде двух позитронов, что сопровождается выделением двух антинейтрино и большой (в масштабах ядерной реакции) порции энергии. Часть её превращается в кинетическую энергию и таким образом нагревает Солнце, остальная часть выделяется в виде фотонов, которые, теряя по пути часть своей энергии, доходят до поверхности Солнца и выявляются в форме солнечного света. Не вдаваясь в подробности, нужно сказать, что цепная реакция, рассмотренная Бете, состоит из ряда звеньев, в которых участвуют ядра углерода, азота и кислорода.

Здесь не место для подробного описания деталей этой реакции. Достаточно сказать, что измерения температуры и яркости поверхности Солнца показывают, что поток испускаемых им антинейтрино должен быть огромным. Но из-за большого расстояния плотность этого потока на поверхности Земли должна была быть несравненно ниже; «только» по сто миллиардов нейтрино на каждый квадратный сантиметр земной поверхности за каждую секунду.