Что такое нейтрино
Нейтрино — это фундаментальная субатомная частица. В Стандартной модели физики элементарных частиц он классифицируется как «лептон». Другие лептоны включают электроны, отрицательно заряженные частицы, из которых состоят атомы, а также протоны и нейтроны. Нейтрино уникально тем, что имеет исчезающе малую массу и не имеет электрического заряда, и его можно найти по всей Вселенной.
«Они создаются на солнце, в ядерных реакторах и при попадании высокоэнергетических космических лучей в атмосферу Земли», — говорит Эрик Трейн, астрофизик из Университета Монаша в Австралии. Они также созданы некоторыми из самых экстремальных и мощных объектов, такими как сверхмассивные чёрные дыры и взрывающиеся звёзды, и они также были созданы в начале Вселенной: в Большом Взрыве.
Подобно свету, они движутся в основном по прямой линии от того места, где были созданы в космосе. Другие заряженные частицы находятся во власти магнитных полей, но нейтрино просто беспрепятственно летят сквозь космос; призрачная пуля, выпущенная из чудовищной космической пушки. Триллионы их проносятся сквозь Землю и прямо сквозь людей.
Они не разбиваются на атомы, из которых состоит тело человека, и поэтому он даже не знает, что они там. Точно так же, как призрачный дух проходит сквозь стену, нейтрино движется прямо сквозь неё.
Изучение нейтрино на протяжении десятилетий преподнесло учёным немного сюрпризов. Согласно стандартной модели, нейтрино не должны иметь массы. Но они имеют. «Тот факт, что они это делают, указывает нам на новую физику, которая поможет нам лучше понять вселенную», — отмечает Джеймс.
Загадка массы нейтрино впервые обнаружилась в 1960-х годах. Учёные предположили, что Солнце должно производить так называемые электронные нейтрино, особый тип субатомных частиц. Но это не так. Эта «проблема солнечных нейтрино» привела к прорывному открытию: нейтрино могут менять тип или как ещё называют «аромат» (это фактическая не придуманная терминология). Призрачная частица имеет только три различных типа — электрон, мюон и тау, — и они могут меняться по мере движения в пространстве.
Например, электронное нейтрино может быть произведено Солнцем, а затем детектировано как мюонное нейтрино. И такое изменение означает, что у нейтрино действительно есть масса. Физика говорит, что они не могли бы изменить «аромат», если бы не имели массы.
Сейчас исследовательские усилия сосредоточены на выяснении того, что такое масса.
Физики смогли напрямую показать, используя детектор нейтрино в Германии, что максимальная масса нейтрино составляет около восьми десятых электрон-вольта (эВ). Это непостижимо крошечная масса, более чем в миллион раз «легче» электрона.
Фото: stringfixer.com
Энионы Microsoft
В начале 2000-х годов мало кто вне узких академических кругов слышал про квантовые вычисления. Тем более сложно было представить, что исследования в этой области могут заинтересовать крупную IT-компанию. Но именно это произошло, когда в коридорах исследовательского подразделения Microsoft (Microsoft Research, MSR) встретились русский физик-теоретик Алексей Китаев и американский математик Майкл Фридман.
Энионы
Энионы (anyon, не путать с анионами) — это класс частиц, о котором заговорили еще в 1970-е, когда теоретики задумались о физике плоского, двумерного мира. Все элементарные частицы в пространстве с тремя степенями свободы (то есть нашем) относятся к фермионам или бозонам. И когда две соседних частицы меняются друг с другом местами (фермион с фермионом или бозон с бозоном), то у волновых функций фермионов меняется знак, а с волновыми функциями бозонов вообще ничего не случится.
Поделиться
Поделиться
Что дальше? Дальше надо экспериментировать. Получить энионы, научиться их переплетать и связать из них квантовый процессор. Тут есть плохая новость: найти энионы в трехмерном пространстве невозможно. Поэтому ученые вынуждены создавать специальные двумерные системы, в которых существование энионов становится физически возможным в виде квазичастиц. Сама по себе это задача настолько сложна, что между теоретическим описанием энионов и их экспериментальным наблюдением прошел не один десяток лет.
Еще больше все усложняется тем, что для топологических квантовых вычислений требуется весьма специфический сорт энионов — неабелевы энионы, для которых имеет значение не только с какими другими энионами переплелись их мировые линии, но и в какой последовательности.
майорановские фермионы 
Лабораторные майораны
Профессор Лео Коувенховен со своими студентами в лаборатории, где проводились пионерские исследования по экспериментальному обнаружению майоран
Поделиться
На помощь в этой ситуации приходят сверхпроводники — материалы, сопротивление которых при очень низких температурах падает до нуля. Благодаря тому, что ток в них переносится не отдельными электронами, а их парами (их называют куперовскими парами, в честь первооткрывателя), квазичастицы в сверхпроводниках тоже особого сорта. Экситоны могут получиться из связи дырки с куперовской парой, а значит и спин у него будет уже полуцелый. Поискать такие квазичастицы можно в стабильных вихрях магнитного поля, которые возникают в некоторых сверхпроводниках и способны захватывать экситоны очень малой, близкой к нулевой, энергии. Такие квазичастицы уже формально отвечают предсказанию Майораны. А поскольку их энергия очень мала, такие частицы называют майорановскими нулевыми модами (энергетического состояния системы).
Природных сверхпроводников, в которых возможно существование майорановских мод, на данный момент не обнаружено, хотя их активные поиски ведутся на протяжении как минимум пары десятилетий — очень уж необычно сочетание необходимых свойств теоретически предсказанных материалов. Последние на сегодня кандидаты в источники нулевых майорановских мод — экзотические материалы вроде рутената стронция, квазиодномерных сверхпроводников и сверхжидкого гелия-3.
Но если природа не создала такой материал, это еще не значит, что его нельзя создать в лаборатории.
События
29.09.2023 12:51
* * *
Набирает свои обороты самый жуткий турнир Jaaj.Club
Страшилки на ночь глядя
Регистрация
Опубликовать свою байку
* * *
31.08.2023 05:56
* * *
Завершился самый жаркий турнир летнего сезона Jaaj.Club на тему Отдых и Туризм.
Поздравляем победителей!
Первое место занял автор gibulkaknop17 со стихотворением
Дубай в моём сердце
На втором месте расположилось не менее интересное стихотворение от автора moded1971
Норвегия
Третье место разделили участники
markhite17
Hievir
с интересными туристическими обзорами
Икитос, джунгли и Айяуваска
Путешествие к водопаду
Поздравляем победителей!
Турнирная таблица
Чемпионы Jaaj.Club
* * *
11.08.2023 06:26
* * *
Обзор книжных новинок Jaaj.Club
Хит парад новинок открывает нашумевшая космическая фантастика от Катерины Поповой
Тайна вымершей планеты
Книга находится на стадии написании. Открыта бесплатная подписка.
На втором месте не менее интересное продолжение космической тематики от автора Jerome.
Потерянные Миры
Книга повествует о захватывающих путешествиях на разные планеты безграничного космоса.
Ещё одна книга от Катерины Поповой, которую очень ждали фанаты приключений Алисы.
Алиса в стране теней — это продолжение истории о девушке Алисы, которая неожиданно получает в наследство монастырь (часть1, часть 2). Узнайте к чему может привести такой подарок судьбы.
* * *
Эксперимент SNO
Садбурская нейтринная обсерватория это совместный эксперимент группы ученых из Канады, США и Англии. Вся лаборатория и детектор расположены под землей на глубине 2 км в шахте около Садбури, Канада.
Строительство лаборатории начали в 1990 году и завершили в 1998-м.
В мае 1999-го была выполнена калибровка оборудования SNO, которая помогла оценить оптические параметры, пространственную, угловую и энергетическую чувствительность детектора, чувствительность к сигналам от нейтрино и процессам, которые производят фон и систематические эффекты, способные повлиять на интерпретацию результатов, и только после этого начались наблюдения.
SNO-детектор представляет собой гигантский резервуар диаметром 22 и высотой 34 метра, с очень чистой обычной водой, в которую помещен бак из акрилового пластика, имеющий диаметр 12 метров, с 1000 тонн тяжелой воды, служащей мишенью для нейтрино.
Акриловый резервуар окружает геодезическая сфера 17-метрового диаметра, содержащая 9 456 фотоумножителей для обнаружения небольших вспышек света, излучаемых в момент попадания нейтрино на мишень.
Лаборатория включает электронику и компьютерные ресурсы, систему управления и системы очистки как для тяжелой, так и обычной воды.
Дефицит массы
Таким образом, все четыре солнечных нейтринных эксперимента (Homestake, Kamiokande, SAGE и GALLEX) показывают, что измеренный поток солнечных нейтрино на орбите Земли значительно меньше, чем предсказано Стандартной Солнечной Моделью. Это расхождение получило название «Проблемы солнечного нейтрино». В то время когда шли эксперименты, физики-теоретики и астрофизики пытались выяснить причину этих расхождений. Существуют два возможных объяснения: либо ученые не знают в действительности, как звезды (и, в частности, Солнце) обеспечивают свою светимость, либо не понимают природы нейтрино. Тщательные вычисления, проведенные астрономами, показали, что дефицит солнечных нейтрино различных энергий не может урегулироваться никакими приемлемыми моделями.
Непростая репутация нейтрино навела некоторых ученых на мысль, что возможны взаимные превращения нейтрино (так называемые осцилляции) за время их путешествия от центра Солнца к Земле. Еще в 1957 году физик Бруно Понтекорво сформулировал теорию нейтринных преобразований, согласно которой при существовании различных видов нейтрино они могут трансформироваться из одного вида в другой и обратно. Но для такого превращения необходимо, чтобы нейтрино имело хотя бы крошечную массу. Безмассовые частицы не способны на такие превращения. Следовательно, обнаружение осцилляций нейтрино будет свидетельством наличия у них массы покоя. А потому последующие нейтринные эксперименты ставили своей основной целью поиск осцилляций нейтрино.
В 1998 году участники эксперимента «Суперкамиоканде» заявили о регистрации явлений, похожих на нейтринные осцилляции. В ходе эксперимента исследовалось число мюонных нейтрино, рожденных в верхних слоях земной атмосферы, при столкновении протонов космических лучей с ядрами атомов воздуха, приходящих в детектор с разных расстояний. Оказалось, что меньшее число мюонных нейтрино приходило с тех направлений, где нейтрино преодолевали большее расстояние. Эти результаты дали основания полагать, что количество нейтрино данного класса зависит от пройденного ими пути, что может быть следствием трансформации нейтрино из одного вида в другой.
Решение проблемы дефицита солнечных нейтрино, и в частности исследование нейтринных осцилляций, также требует независимых измерений потока электронных нейтрино и мюонных и тау-нейтрино. Такие исследования были выполнены Садбурской нейтринной обсерваторией (SNO). Благодаря использованию тяжелой воды были измерены поток и энергия электронных нейтрино и поток всех нейтрино с использованием двух типов взаимодействий нейтрино с дейтерием. Потоки нейтрино, измеренные двумя способами, различались на треть, и причину этого расхождения ученые видят в том, что электронные нейтрино, возникающие в центре Солнца по пути к Земле, преобразовались частично в мюонные, а частично в тау-нейтрино. Такие преобразования свидетельствуют о наличии у нейтрино массы покоя. Оказалось, что все нейтрино Вселенной весят примерно столько же, сколько все видимые звезды.
Предисловие
То, что происходит в микромире, весьма трудно воспринимается человеческим разумом. Вы же знаете, что такое электроны? Большинство из вас еще со школьной скамьи представляет их себе, как маленькие шарики, что вращаются вокруг ядра. Протоны и нейтроны? Это тоже шарики, да?
Те, кто когда-то пытался немного разобраться с квантовой механикой, представляет себе элементарные частицы, как облачка. Когда кто-то видит текст «любая элементарная частица одновременно является волной», то в голове тут же возникает образ волны на море или на глади озера, куда был брошен камень.
Если человеку сказать, что частица — это событие в пределах некоторого поля, то тут же представляется какой-то промежуток из воспоминания или будущее событие, а в голове «гудит поле», как трансформаторная будка.
Дело в том, что такие слова, как частица, волна и поле на микроуровне не совсем корректно отражают реальность и представить их себе, сравнивая с обычными природными явлениями — некорректно. Поэтому попытайтесь отсеивать любые визуальные образы, так как они будут неверными и помешают пониманию.
Нужно принимать тот факт, что частицы в принципе не являются чем-то, что можно «пощупать», но так как мы люди и тактильное познание мира нам свойственно, то придется бороться с собственными инстинктами для понимания вопроса.
Электроны, фотоны или бозон Хиггса не являются одновременно частицей и волной. Они вообще нечто промежуточное и для этого нет подходящего слова (оно и не нужно). Человечество знает, как с ними работать, мы умеем проводить расчеты, но подобрать слово, которое бы описало мысленный образ… это проблематично. Дело в том, что эти штуки, которые являются элементарными частицами, в привычном мире невозможно сравнить хоть с чем-то. Это совершенно иной мир. Микромир.
Что такое стерильные нейтрино
Стерильные нейтрино — это совершенно другой класс нейтрино. Они полностью теоретические, но учёные считают, что они, вероятно, существуют из-за особенности в физике, известной как хиральность. По сути, обычные нейтрино, о которых мы говорили, — это то, что некоторые называют «левосторонними». Итак, некоторые физики считают, что могут существовать «правые» нейтрино — стерильные нейтрино. Они дали им это название, потому что они не взаимодействуют с другими частицами посредством слабого взаимодействия, как обычные нейтрино. Они взаимодействуют только через гравитацию.
Это означает, что нейтрино также могут помочь ответить на ещё одну неприятную загадку физики: что такое тёмная материя?
Есть много кандидатов на тёмную материю, теоретизированных физиками, и ещё многое предстоит узнать — возможно, она вообще не связана с нейтрино!
Частицы Майораны
Март 1938 года. На палубе парохода, следующего из сицилийского Палермо в Неаполь стоит 32-летний профессор физики Этторе Майорана. Но до пункта назначения он так и не доберется. Никто из современников никогда не узнает, что именно произошло с загадочным итальянцем в эти несколько часов. Покончил ли он жизнь самоубийством, выбросившись за борт корабля (так, например, думали его коллеги Эмилио Сегре и Эдоардо Амальди)? Перебрался ли в Советский Союз, тем самым подав пример Бруно Понтекорво? Или, раздираемый религиозной жаждой (Майорана был рьяным католиком), скрылся в монастыре от мира, стоящего на пороге мировой войны?
Майорана не любил публиковать результаты своих исследований в виде научных статей. Зачастую он делал заметки и расчеты прямо на сигаретной пачке, а когда папиросы в ней заканчивались, выбрасывал ее — вместе со всем, что записал. Более объемные рукописи он складировал в ящике своего стола, не считая достаточно важными для публикации, и об их содержимом научный мир узнал лишь десятилетия спустя. Будь Майорана чуть более практичен, на его счету могла бы быть не одна Нобелевская премия (в том числе, за открытие нейтрона), а развитие нескольких областей физики шло бы существенно быстрее.
Определение простым языком
Чтобы объяснить сущность бозона Хиггса максимально просто и понятно не только ученому физику, но и обычному человеку, интересующемуся наукой, необходимо прибегнуть к языку аллегорий и сравнений. Хотя, разумеется, все аллегории и сравнения, которые касаются физики элементарных частиц, не могут быть верными и точными. То же электромагнитное поле или квантовая волна не являются ни полем, ни волной в том смысле, в котором их представляют обычно люди, как и сами атомы отнюдь не являются уменьшенными копиями Солнечной системы, в которой словно планеты вокруг Солнца вращаются электроны вокруг атомного ядра. И хотя аллегории и сравнения все же не передают самой сути тех вещей, которые происходят в квантовой физике, они, тем не менее, позволяют приблизиться к пониманию этих вещей.
Интересный факт: в 1993 году министром образования Великобритании даже был объявлен конкурс на самое простое объяснение того, что такое бозон Хиггса. Победителем вышло пояснение, связанное с вечеринкой.
Итак, представьте себе многолюдную вечеринку, тут в помещение входит какая-то знаменитость (например, «рок-звезда») и за ней тут же начинают двигаться гости, все хотят пообщаться со «звездой», при этом сама «рок-звезда» передвигается медленнее, нежели все другие гости. Затем люди собирают в отдельные группы, в которых обсуждают какую-то новость или сплетню, связанную с этой рок-звездой, при этом люди хаотично передвигаются из группы в группу. Как результат, создается впечатление, что люди обсуждают сплетню, тесно окружив знаменитость, но без ее непосредственного участия. Так вот, все люди, участвующие в вечеринке – это поле Хиггса, группы людей являются возмущением поля, а сама знаменитость, из-за которой они образовались и есть бозон Хиггса.
Если эта аллегория Вам не совсем понятна, то вот еще одна: представьте себе гладкий бильярдный стол, на котором находятся шары – элементарные частицы. Шары эти запросто разлетаются в разные стороны и движутся везде без препятствий. А теперь представьте, что бильярдный стол покрыт некой клейкой массой, которая затрудняет движение шаров по нему. Эта клейкая масса – поле Хиггса, масса этого поля равна массе частиц, которые к нему прилипают. Бозон Хиггса же это частица, которая соответствует этому липкому полю. То есть если сильно ударить по бильярдному столу с этой клейкой массой, то небольшое количество этой самой клейкой массы на время образует пузырек, который вскоре опять растечется по столу, так вот, этот пузырек и есть бозон Хиггса.
Как Майкельсон и Морли ловили эфирный ветер
К концу XIX века начали вырисовываться явные недостатки и трудности в теории эфира, несмотря на обилие изящных концепций. Прежде всего, они не давали ответов на вопросы о строении вещества, не объясняли основные виды физических взаимодействий, не учитывали электромагнитных явлений. К тому же астрономами была обнаружена звездная аберрация, а это означало, что эфир неподвижен, однако по предположению Френеля, он может увлекаться движущимся веществом.
В 1868 году, Максвелл решил раз и навсегда доказать существование эфира и разработал для этого весьма остроумный опыт, который чуть позже был осуществлен двумя американскими физиками — Альбертом Майкельсоном и Генри Морли. Задачей эксперимента было обнаружение так называемого «эфирного ветра» с помощью интерферометра (что такое эффект интерференции, знакомо каждому современному человеку из школьного курса физики).
Если Земля, обращаясь вокруг Солнца, двигается относительно эфира полгода в одном направлении, а полгода в другом, то, естественно, «эфирный ветер» должен обдувать планету каждые полгода с разных сторон. В этом случае показания интерферометра в первые и во вторые полгода были бы разными. Но увы, Майкельсону и Морли не удалось зарегистрировать каких-либо смещений. А если «эфирного ветра» не существует, следовательно, нет и самого эфира.
Этот опыт хоть и нанес тяжелейший удар по традиционной теории, однако полное ее «изгнание» из физики наступило лишь после разработки Альбертом Эйнштейном специальной теории относительности. С приходом СТО, которая, кстати, получила множество экспериментальных подтверждений и описала целый ряд физических эффектов, само понятие «эфир» стало лишним, а электромагнитное поле начало рассматриваться как отдельный физический объект.
Он ушел, но обещал вернуться?
Эйнштейн предлагал назвать эфиром физический вакуум, однако этот термин уже приобрел репутацию главного «врага» теории относительности, поэтому от него вынуждены были отказаться. Теперь «эфир» упоминается главным образом лишь в статьях по истории науки. Однако появились так называемые «альтернативщики», которые даже после окончательного опровержения продолжают отстаивать гипотезу светоносного эфира.
Их аргументы сводятся в основном к неверной интерпретации опыта Майкельсона-Морли, внутреннему противоречию СТО, известному как парадокс близнецов, и эксперименту Стефана Маринова по распространению световой волны. В настоящее время создано множество эфирных теорий, появилась даже эфирная физика, но международным научным сообществом она не признается в силу неопровержимых доказательств теории относительности, как частной, так и общей.
Наука развивается, на смену старым моделям приходят более точные концепции. Возможно, такая же участь когда-нибудь постигнет теорию Эйнштейна, и о ней будут читать в учебниках истории наши потомки…
Добро пожаловать в хайп
Для Microsoft, которая cделала ставку на энионы, делфтские нанопроволоки стали подтверждением их правоты. Стремясь укрепить свои позиции в этой области, корпорация начала активно инвестировать сразу в несколько научных групп по всему миру: США, Нидерланды, Дания, Австралия. Разумеется, в числе них оказывается и лаборатория Лео Коувенховена, возглавляющая экспериментальную гонку за майорановскими нулевыми модами для квантовых компьютеров будущего.
Поделиться
Преуспевающая лаборатория Коувенховена не только породила бум в исследовании нанопроволок, но и обучила целое поколение молодых физиков, твердо уверенных в возможности поймать майорановские нулевые моды и заставить их работать кубитами. Многие из них, пройдя подготовку в Делфте, потом продолжила заниматься теми же исследованиями в лабораториях по всему миру. Но ни один из учеников Коувенховена пока не смог подняться до уровня учителя, который последовательно продолжал находить следы майоран в своих экспериментальных системах.
От Аристотеля до Декарта и Максвелла
Древнегреческие философы рассматривали эфир в качестве небесного вещества, «пятого элемента» природы в дополнении к четырем имеющимся — воздуху, огню, земле и воде, и считали, что даже видимые небесные тела состоят из эфира.
Аристотель придумал специальный термин «пятому элементу» — квинтэссенция, который позже был принят на вооружение европейскими схоластами. Античные представления оставались неизменными до 1618 года, когда французский ученый Рене Декарт сформулировал гипотезу светоносного эфира и позже развил ее в своих «Началах философии». Эта гипотеза и стала общепризнанной в науке.
Декартовский эфир состоит из шарообразных частиц, находится в постоянном движении и образует вихри. Под действием давления и центробежной силы эти частицы приходят в движение, воспринимаемое человеком как световой поток. В конце XVII века были разработаны две разные модели света: корпускулярная (свет как поток частиц) и волновая (свет как всплеск в эфире).
Исаак Ньютон был сторонником первой модели и рассматривал эфир в качестве переносчика световых частиц. Однако волновая теория вскоре получила большую поддержку у авторитетных физиков следующего века — Томаса Юнга и Жана Френеля, ведь с ней согласовывались такие оптические явления, как дифракция и интерференция. Эти ученые считали, что свет представляет собой упругие колебания упругого же эфира.
Хоть с волновой оптикой было все более-менее ясно, оставалось загадкой, что представляет собой эфир, каковы его свойства и как с позиции этой теории объяснить поляризацию и преломление света. Дальнейшим развитием моделей занимались Анри Навье, Огюстен Луи Коши, Джордж Габриель Стокс, Уильям Томсон и другие ученые, но существенного прорыва на этой ниве добиться не удалось. С появлением электродинамики Максвелла эфир стал носителем не только для света, а и для электричества и магнетизма.
Ловушки для неуловимых
Для нейтрино солнечного вещества как будто и не существует: они улетают с места возникновения по прямолинейной траектории, нигде и ничем не отклоняясь, многие из них достигают поверхности Земли. Не имеет значения, день стоит или ночь: днем нейтрино прилетают сверху, а ночью снизу, свободно пронзая земной шар. К счастью, существуют изотопы, с помощью которых можно устроить для нейтрино хоть и небольшое, но заметное препятствие. Наиболее известным из них является хлор-37. В тех редких случаях, когда нейтрино сталкивается с ядром атома хлора, это ядро испускает электрон и возникает атомное ядро радиоактивного аргона, которое распадается через 35 дней. Используя эту реакцию, можно построить детектор для солнечных нейтрино, который, чтобы компенсировать редкость таких столкновений, должен иметь большие размеры и для защиты от фонового излучения находиться глубоко под землей.
Первый эксперимент по обнаружению солнечных нейтрино с использованием этого метода был начат Раймондом Дэвисом в 1967 году в золотой шахте в Homеstake (Южная Дакота, США). Большое количество контрольных экспериментов показало, что эффективность извлечения аргона из бака около 100%. Если количество нейтрино правильно оценивается астрофизической моделью Солнца, то в контейнере каждый день в среднем один атом хлора должен превращаться в атом аргона под действием нейтрино. Если бы этот детектор обнаружил количество нейтрино, близкое к предсказанному теорией, то это стало бы подтверждением того факта, что Солнце нагревается за счет ядерных реакций превращения водорода в гелий.
К сожалению, эксперименты, проводившиеся в течение нескольких лет, показали, что одна такая реакция происходит в среднем раз в три дня. Из этого следовал вывод, что Солнце производит только треть ожидаемых нейтрино с высокими энергиями. Астрофизики проверяли модели, а Дэвис искал ошибки в эксперименте. Но несоответствие моделей и эксперимента не исчезло и в 1988 году за дело взялись японские ученые на своем подземном детекторе Kamiokande-II, который расположен на глубине 1 000 м в шахте Камиока в префектуре Gifu. Их эксперимент принципиально отличался от эксперимента Дэвиса. Японцы использовали рассеяние солнечных нейтрино на электронах обычной воды. В результате столкновения нейтрино с каким-либо атомом, входящим в состав воды, ядро атома отскакивало, а электрон из атомной оболочки вылетал с огромной скоростью, создавая в воде свечение темно-голубого цвета, называемое Черенковским излучением.
Такая методика позволяет регистрировать все типы нейтрино, но максимально она чувствительна к электронным нейтрино. Ее достоинство заключается в том, что можно определить достаточно точно, откуда прибыло нейтрино, так как вылетевший электрон сохраняет направление движения нейтрино. Для того чтобы поймать нейтрино, использовались 3 000 тонн чистейшей воды, помещенной в стальной цилиндрический резервуар. 1 000 фотоумножителей, размещенных на внутренней поверхности резервуара, фиксировали Черенковское излучение, свидетельствующее о появлении нейтрино. Но подобно экспериментам Homеstake, Kamiokande-II обнаруживал только очень редкие высокоэнергетичные нейтрино. За тысячу дней наблюдений японские ученые обнаружили только половину от ожидаемого потока таких нейтрино.
Необходимо же было еще обнаружить и низкоэнергетичные нейтрино, возникающие в результате чрезвычайно важных для Солнца реакций водородного цикла. Для этого можно было воспользоваться тем, что при воздействии низкоэнергетичных нейтрино на атом галлия образуется атом германия с периодом распада 11 дней. Однако галлий редкий и очень дорогой металл, его мировая добыча невелика, а для получения надежных результатов детектор должен был бы содержать примерно 40 тонн этого элемента. Поэтому галлиевые детекторы появились значительно позднее.
Российско-Американский галлиевый эксперимент, получивший название SAGE, был проведен на Боксанской нейтринной обсерватории, расположенной на большой глубине в горах Кавказа в России. Почти 100 измерений потока солнечных нейтрино, проведенных в течение 19902000 годов, зафиксировали только половину потока нейтрино, который прогнозируется Стандартной Солнечной Моделью. Огромное число различных тестов, проведенных для проверки надежности эксперимента, указали на то, что расхождение между прогнозами солнечной модели и измерениями потока в SAGE не может быть результатом ошибок эксперимента.