Объединенный институт ядерных исследований готовится отметить 110-летие со дня рождения основателя экспериментальной физики нейтрино, одного из основателей ОИЯИ Бруно Максимовича Понтекорво (1913–1993). Выдающийся ученый первым в мире выдвинул идею осцилляций нейтрино, которая получила экспериментальное подтверждение лишь спустя 60 лет. В преддверии этой даты коллектив авторов из Объединенного института подготовил обзор по данной тематике. Работа дает представление о современном состоянии и перспективах дальнейших измерений параметров осцилляций нейтрино. Обзор вышел в журнале «Успехи физических наук» 8 августа 2023 года. О революционной идее осцилляций нейтрино рассказал начальник научно-экспериментального отдела физики элементарных частиц Лаборатории ядерных проблем ОИЯИ Александр Ольшевский.

      Скачать PDF

— Хорошо известно, что Бруно Понтекорво за свою жизнь совершил несколько открытий и выдвинул ряд революционных идей, существенно повлиявших на развитие современной физики элементарных частиц. Однако, по общему признанию, наиболее яркой и удивительной является предложенная им в 1957 году идея осцилляций нейтрино. Получившая дальнейшее развитие после введения смешения ароматов нейтрино авторами Маки, Накагава, Саката в работе 1962 года, эта модель была сформулирована в близком к современному виде в работе Понтекорво и Грибова в 1968 году.

С тех пор многие авторы внесли свой вклад в изучение возможных сценариев осцилляций, но наиболее систематически это сделали Понтекорво, Биленький и Петков, что нашло отражение в нескольких наиболее цитируемых обзорах. Хочется особо подчеркнуть важную роль, которую сыграл Самоил Биленький, как в разработке теоретического контекста и вариантов осцилляций, так и в бесконечной убежденности, что это явление существует, а впоследствии и в разъяснении деталей и приоритетов в истории этой научной идеи.

Принципиально революционным в идее осцилляций является то, что для существования этого явления нейтрино должны иметь ненулевые массы, в отличие от общепризнанной на тот момент формулировки теории с безмассовыми нейтрино.

Первые экспериментальные намеки на осцилляции нейтрино появились в экспериментах с солнечными нейтрино, где было обнаружено, что поток нейтрино от Солнца гораздо ниже ожидаемого. Для обнаружения нейтрино в эксперименте Homestake использовалась предложенная Понтекорво реакция Cl-Ar, которая имела порог по энергии нейтрино около 0,8 МэВ и, следовательно, регистрировала лишь очень небольшую часть потока нейтрино от Солнца.

Это вызвало некоторые сомнения — общепринятая солнечная модель может быть не настолько точной, чтобы предсказывать потоки в мельчайших подробностях, а наблюдаемое противоречие, возможно, связано с неопределенностью теории. Позднее подобный эффект наблюдался и в экспериментах GALLEX и SAGE, где использовалось другое изотопное превращение, Ga-Ge, с порогом около 0,2 МэВ, что позволило детектировать значительную часть основной солнечной pp-реакции и, казалось бы, избавиться от сомнений в неопределенности предсказаний теории. Однако это предубеждение осталось, и нейтринные осцилляции не рассматривались как предпочтительная причина наблюдаемого дефицита.

Ситуация изменилась с появлением результатов экспериментов Super-Kamiokande (SK) и SNO, обнаруживших явления, полностью подтверждающие нейтринные осцилляции в атмосферных и солнечных нейтрино, соответственно. Важность и уникальность нейтринных осцилляций были отражены в Нобелевской премии по физике 2015 г., присужденной Кажите (SK) и Макдональду (SNO) «за открытие нейтринных осцилляций, которое показывает, что нейтрино имеют массу».

Теперь, примерно через 25 лет после публикации результатов SK и SNO, нейтринные осцилляции были подтверждены и изучены во многих экспериментах с различными методами детекторов и источниками нейтрино. Один из обзоров, подготовленный авторами из ОИЯИ (Колупаева, Гончар, Ольшевский, Самойлов), с описанием современного состояния и перспектив дальнейших измерений параметров осцилляций нейтрино, появился недавно в УФН к 110-летию Бруно Понтекорво.