§ 231. Нейтрино

Нейтрино называется незаряженная элементарная частица, которая испускается одновременно с электроном или позитроном при -распаде атомного ядра.

Подобно нейтрону, также лишенному электрического заряда, нейтрино практически не взаимодействует с электронами и не производит заметной ионизации среды. Нейтрон, однако, легко обнаруживается по своему действию на атомные ядра (ядерные реакции, передача энергии при столкновении, ем, § 221). Нейтрино же и с ядрами взаимодействует крайне слабо; до недавнего времени ядерных реакций под действием нейтрино на опыте установить не удавалось.

Как же стало известно о существовании нейтрино, если они так неуловимы?

Если бы при -распаде испускались только лишь электроны, то для данного радиоактивного изотопа энергия всех -электронов была бы одна и та же. Действительно, она равнялась бы разности внутренних энергий исходного атомного ядра и конечного ядра + электрон. Разность же эта постоянна, ибо опыт показывает, что все ядра данного изотопа имеют одну и ту же массу и, значит, одну и ту же внутреннюю энергию. На деле, однако, оказывается, что энергия -электрона принимает всевозможные значения от нуля до некоторого максимального значения . Важно, что это максимальное значение как раз равно выделению внутренней энергии при распаде, о котором говорилось выше. Чтобы не войти в противоречие с законом сохранения энергии, приходится предположить, что при -распаде в паре с электроном образуется еще одна частица — нейтрино, которая уносит энергию, дополняющую энергию электрона до . Если нейтрино уносит энергию, близкую к , то энергия электрона близка к нулю; если энергия нейтрино мала, то, наоборот, энергия электрона близка к  и т. д.

Детальное изучение процесса -распада дало и другие столь же убедительные доказательства испускания нейтрино в этом процессе, а также позволило оценить массу покоя нейтрино. Она оказалась меньше одной десятитысячной доли массы покоя электрона.

В 1956г. после многолетних усилий удалось обнаружить на опыте ядерную реакцию поглощения нейтрино () протоном с превращением последнего в нейтрон и позитрон:

,                                                            (231.1)

Источником нейтрино в этих экспериментах служил мощный ядерный реактор, в котором нейтрино образуются при -распаде осколков деления урана. В дальнейшем на ускорителях наблюдались и другие реакции, вызываемые нейтрино (см. § 233).

Большой интерес представляют эксперименты по обнаружению так называемых солнечных нейтрино. Они позволяют проверить справедливость существующих представлений о строении Солнца и о ядерных процессах, идущих в его недрах. Реакция слияния четырех протонов, являющаяся, как считают, источником солнечной энергии (см. § 226), сопровождается испусканием двух нейтрино на каждое образующееся ядро гелия. Нейтрино столь слабо взаимодействует с веществом, что подавляющая их часть пронизывает всю толщу Солнца и выходит в космическое пространство.

Некоторая доля нейтрино, доходящих до Земли, проявит себя, вызвав ядерные реакции в специальном детекторе. Из-за слабости взаимодействия эта доля краппе мала и опыты по обнаружению солнечных нейтрино трудны и дороги. Однако их удалось выполнить и зарегистрировать нейтрино, испускаемые из недр Солнца.