Физикам из международной коллаборации COHERENT первые удалось наблюдать рассеяние нейтрино на ядре атома. Возможность этого процесса была предсказана еще десять лет назад, но экспериментально доказать его и измерить удалось только сейчас.
Cамый маленький в мире детектор поймал нейтрино
Jean Lachat / University of Chicago
Компактный детектор нейтрино на основе кристалла цезия

Нейтрино — неуловимая фундаментальная частица. Она настолько слабо взаимодействует с веществом и так стремительно несётся через вселенную, что поймать её и рассмотреть невозможно. Нейтрино участвуют только в гравитационном и слабом взаимодействии, причём и в том, и в другом — так редко, что учёным приходится строить детекторы, состоящие из тысяч маленьких детекторов нейтрино, чтобы регистрировать их взаимодействие с материей (рассеяние на электронах или нейтронах, обычно на электронах воды).

Новая методика позволила наблюдать рассеяние нейтрино при столкновении с ядром атома при помощи очень компактного прибора, размерами и формой напоминающего керосиновую лампу и весом всего в 15 килограмм (други детекторы нейтрино занимают помещения площадью в десятки квадратных метров). Основа детектора — кристалл цезия, ядра которого излучают электромагнитные волны при столкновениях с нейтрино. Для помещения в поток узких пучков нейтрино несколько десятков детекторов привезли в Ок-Ридж, где находится самый большой в мире источник нейтронов; образование нейтрино сопутствует его работе.

По расчётам, нейтрино взаимодействует с ядром и при столкновении передаёт ему энергию в форме Z-бозона — переносчика слабого взаимодействия. Получив энергию, ядро тут же теряет её, но уже в виде фотона — правда, очень маленькой энергии, поэтому зафиксировать его довольно сложно; примерно как пытаться измерить колебание мяча для боулинга, в который попали мячом для пинг-понга.

Регистрация нейтрино с помощью компактных детекторов может помочь физикам-теоретикам объяснить процессы, происходящие при взрыве сверхновой, и научиться отличать электромагнитный шум, который даёт рассеяние нейтрино на ядрах, от знамимых результатов астрономических наблюдений. Кроме того, точные, но компактные анализаторы могут пригодиться экспертам МАГАТЭ — с их помощью можно регистрировать секретные ядерные испытания и неполадки в работе ядерных реакторов.

Результаты эксперимента опубликованы в журнале Science.