§ 214. Нейтрино бета-распада

Энергетический переход с выбрасыванием пары лептонов носит название -распада. Обнаружение нейтрино является сложной экспериментальной задачей, решенной лишь в последнее десятилетие. Первоначально переходы, подобные изображенному на рис. 2406, описывали как превращение (распад) одного ядра (радиоактивного) в другое (устойчивое) с выбрасыванием электрона. Однако еще задолго до обнаружения нейтрино необходимость его существования стала очевидной.

Было трудно, лучше скажем невозможно, сомневаться в справедливости законов сохранения вращательного импульса и закона сохранения энергии. Действительно, нейтрон, протон, электрон и позитрон — все эти частицы имеют спин 1/2. Как мы сказали, -распад меняет в атомном ядре протон на нейтрон или наоборот. Так как число нуклонов в ядре остается неизменным, то -распад никак не может изменить четный спин на нечетный. А именно это и было бы необходимым, если бы при -распаде выделялся один лишь электрон, уносящий с собой спин При допущении существования нейтрино — частицы, обладающей спином это противоречие снимается и одновременно устраняются трудности истолкования непрерывного спектра -частиц.

Если бы -распад заключался в выбрасывании лишь электрона, то этот электрон должен был бы обладать вполне определенной энергией. Действительно, начальный и конечный уровни энергии, т. е. энергии первичного ядра и нового ядра, вполне определенные, значит, и энергия вылетающего электрона должна быть вполне определенной. На самом же деле наблюдается непрерывный спектр электронов, от некоторой максимальной скорости до нуля. Такая картина вполне естественна, если считать, что при распаде из ядра выбрасываются две частицы по уравнению Энергия распределяется между электроном инейтрино по закону случая. Обнаружение нейтральной частицы, обладающей ничтожной массой (сейчас известно, что масса нейтрино меньше 0,002 массы электрона), является исключительно сложной задачей. Она была разрешена лишь в 1956 г. Заметим, что частица, получившая название нейтрино, в дальнейшем при открытии закона антисимметрии элементарных частиц оказалась антинейтрино и получила обозначение (см. §§ 225, 226). Большое число актов распада нейтронов должно происходить в ядерном реакторе, где непрерывно образуется

огромное число ядерных осколков, богатых нейтронами. Поток частиц если они существуют, должен выходить из реактора. Если нейтрино попадет в протон, то должна произойти реакция при встрече нейтрино с протоном образуются позитрон и нейтрон. Такие реакции должны наблюдаться в мишени, содержащей большое число атомов водорода (т. е. протонов) и расположенной вблизи ядерного реактора. Эта реакция должна происходить крайне редко (несколько раз в час) из-за исключительной проникающей способности нейтрино. В то же время вблизи реактора происходит огромное число других ядерных реакций. Трудности обнаружения нейтрино очевидны.

Их преодоление возможно путем выделения специфических черт этой реакции. Возникают позитрон и нейтрон. Нам известно, что позитрон немедленно аннигилирует с электроном любого из атомов мишени и дает два фотона. Что же касается нейтрона, то он совершит какой-то путь в мишени, а затем поглотится атомами примеси (кадмий), которые можно специально ввести в мишень. Мы можем рассчитать среднее время его торможения до поглощения — оно равно примерно При поглощении нейтрона кадмием также возникает у-излучение. Задача экспериментатора заключается в том, чтобы из всех событий средствами современной измерительной техники выделить последовательность явлений: одновременное возникновение двух фотонов и следующий через более сильный импульс у-излучения. Эта задача была успешно выполнена, и таким образом, доказано существование нейтрино.