Вчені з нейтринної обсерваторії Ice Cube зробили сенсаційне відкриття. Їм вдалося довести, що нейтрино різних типів, що володіють високими енергіями, теж перетворюються один в одного. Перш подібне вважалося неможливим - вважали, що коли енергія цих частинок доходить до декількох сотень Гев, пошуки осциляцій втрачають практичний сенс.

Як ми пам'ятаємо, нейтрино бувають трьох типів - електронні, мюонні і таонные. Але найцікавіше полягає не в цьому, а в тому, що кожен сорт нейтрино може перетворюватися в інший, наприклад, електронні - мюонні і т. п. Цей процес називається нейтрино осцилляциями. І, як і багато інші поняття у квантовій фізиці, довгий час ці осциляції існували лише на папері, тобто в теорії.

А, власне кажучи, навіщо фізикам взагалі потрібно було вигадувати якісь осциляції? Справа в тому, що ще у другій половині минулого століття вчені зіткнулися з таким парадоксом, як проблема сонячних нейтрино. Коротко її можна викласти так: всім відомо, що в процесі сонячних ядерних реакцій утворюються електронні нейтрино. Після цього їх потоки розлітаються по Сонячній системі, в тому числі і в напрямку нашої планети.

Так от, вимірювання потоку нейтрино на Землі, які постійно виробляються з кінця 1950-х років, показали, що кількість реєстрованих сонячних електронних нейтрино, долетающих до Землі, приблизно в два-три рази менше, ніж передбачає стандартна сонячна модель, що описує процеси, що відбуваються в надрах світила. Куди ж діваються відсутні нейтрино після того, як їх потік покине свою "рідну" зірку?

В тому-то і справа, що подітися цим часткам в загальному-то нікуди. Адже вони практично не взаємодіють ні з якою баріонної матерією (тобто матерією, що складається з протонів і нейтронів). Та й перетворюватися на інші частинки самі по собі вони теж не можуть. Словом, ця загадка мучила вчених протягом півстоліття. Деякі навіть вважали, що, можливо, стандартну сонячну модель потрібно підкоригувати. Проте все виявилося куди простіше і цікавіше.

Ще в 1957 році вітчизняний фізик італійського походження Бруно Понтекорво припустив, що нейтрино різних типів можуть перетворюватися один в одного. Однак досить довго вчені не могли підтвердити його гіпотезу експериментально. Тим не менш, на початку нинішнього століття їм все-таки вдалося це зробити, хоча і не відразу.

У 2001 році в нейтринної обсерваторії в Садбері в що йде від Сонця до Землі потоці були безпосередньо зареєстровані нейтрино всіх трьох типів. Більш того, вчені довели, що їх в потоці стільки, скільки й повинно бути, виходячи з розрахунків. З'ясувалося також і те, що тільки близько третини долетающих до Землі нейтрино виявляється електронними. Це кількість узгоджується з теорією, яка передбачає перехід електронних нейтрино в нейтрино іншого покоління як у вакуумі, так і в сонячному речовині.

Трохи пізніше, в 2010 році детектор експерименту OPERA, що в Швейцарії, виявив осциляції мюонним нейтрино в таонные (з виділенням тау-лептона). І нарешті, минулого року японський детектор Super-Kamiokande вловив перетворення електронних нейтрино в мюонні. Тобто тепер осциляції з теоретичної моделі стали повноправним явищем природи, чиє існування було доведено незалежними науковими колективами.

Тим не менше, не можна сказати, що дослідження цього чудового явища закінчилися. Нещодавно на минулому в Кіото (Японія) Міжнародної конференції з фізики нейтрино учасники проекту Ice Cube оголосила про те, що їм вдалося зафіксувати осциляції високоенергетичних нейтрино. І це була сенсація - досі всі фізики були впевнені, що подібне неможливо. Попередні експерименти однозначно показували, що шанси на успішне спостереження падають у міру збільшення енергії: коли вона доходить до декількох сотень Гев, пошуки осциляцій втрачають практичний сенс.

Тим не менш, співробітників нейтринної обсерваторії Ice Cube, що розташована в Антарктиді на станції Амундсен-Скотт (США), схоже, це анітрохи не збентежило. Їм не знати, що нічого принципово неможливого не буває - адже довгий час сама ідея антарктичної потужної обсерваторії сприймався науковою спільнотою як нереальна! Проте в 2005 році Ice Cube (перекладається як "Крижаний кубик") розпочала свою роботу. Нагадаю, що Ice Cube розташована глибоко під антарктичним льодом. І там, на глибині від 1450 до 2450 метрів, проходять міцні "нитки" з прикріпленими оптичними детекторами, інакше звані фотоумножителями. Всього таких на даний момент шістдесят.

Принцип роботи детекторів даної станції наступний: відомо, що нейтрино хоч і вільно долають шар льоду, але в рідкісних випадках все ж взаємодіють з ядрами атомів кисню з утворенням мюонів. Якщо останні рухаються зі швидкістю, що перевищує фазову швидкість поширення світла, їх переміщення супроводжується черенковским випромінюванням (так називається світіння, що викликається в прозорому середовищі зарядженою частинкою, яка рухається зі швидкістю, що перевищує фазову швидкість поширення світла в цьому середовищі), яке потім виявляють фотоумножители.

Слід зауважити, що обладнання обсерваторії в основному налаштована на реєстрацію нейтрино, що летять до Землі від Сонця з надвисокими енергіями, переважаючими 1 000 Гев (цікаво, що хоч сам "Крижаний кубик" знаходиться в Південній півкулі нашої планети, він реєструє лише ті нейтрино, що надходять з північної небесної півсфери, тобто тих, що пройшли Землю наскрізь). Проте в центральній частині детектирующего масиву є "нитки" з оптичними модулями, призначеними для роботи в діапазоні від декількох десятків до декількох сотень гігаелектронвольт. Саме вони і зафіксували "переходи" атмосферних мюонним нейтрино з енергією 10-100 Гев в таонные.

Отже, виходить, що і нейтрино, що володіють високими енергіями, теж можуть осциллировать. Однак вченим з "Крижаного кубика" здалося мало одного сенсаційного відкриття. Тепер вони планують, додавши в обсерваторію відповідні нові "нитки" та оптичні модулі, виявити нейтринні осциляції на енергіях менше 10 Гев. А ці нові дані, як сподіваються фізики, дозволять краще дослідити ефекти взаємодії нейтрино з речовиною, які повинні змінювати характер осциляцій.