"Ложка" для Солнца

Однажды в старой заброшенной шахте в штате Южная Дакота, в США, опять появились люди. Они не были похожи на шахтеров, и привела их туда не проблема восстановления заброшенных рудников и не поиски полезных ископаемых. В 1968 году Р. Дэвис с группой сотрудников на глубине полутора тысяч метров собрал первый "телескоп" для получения информации о... Солнце.

Телескоп под землей? Но ведь такие приборы располагают обычно в горах, где атмосфера более прозрачна. Наконец, для избежания оптических помех их поднимают на аэростатах почти до границы земной атмосферы или на спутниках в космическое пространство.

Новый прибор Р. Дэвиса - совершенно необычный телескоп. Это огромный цилиндрический бак шести метров в диаметре и пятнадцати метров длиной. Он заполнен тетрахлорэтиленом - жидкостью, содержащей хлор. У прибора нет линз и всего того, что обычно ассоциируется с понятием оптического телескопа. Но с помощью обычного телескопа и невозможно заглянуть в глубинные слои Солнца.

Фотоны возникают в центральной части нашего светила, которая занимает всего лишь одну миллионную долю объема Солнца. Поэтому фотонам надо преодолеть огромную массу вещества, чтобы выбраться на поверхность. Конечно, они быстро погибают при первых же взаимодействиях, рождая другие фотоны с меньшей энергией. Через миллионы лет изнутри до поверхности Солнца добираются далекие потомки первичных частиц, которые уже ничего не "помнят" о своем происхождении.

Сколько ни смотри на поверхность супа, ни за что не догадаться, густой он или жидкий. Для этого надо помешать суп ложкой. Не имея градусника, невозможно определить и его температуру. Ученые, изучающие Солнце оптическими методами, находятся в такой же ситуации. Они могут исследовать солнечный свет, образующийся в основном на поверхности, но не имеют ни "ложки", ни "термометра" для получения сведений о его ядре.

А вопросов накопилось много. До сих пор лишь в общих чертах известно, что происходит в центральной части Солнца. Еще в 1920 году А. Эддингтон выдвинул гипотезу, что Солнце черпает энергию из термоядерных реакций, при которых легкие элементы превращаются в более тяжелые. Но как найти подтверждение этой гипотезы? Как узнать, какие именно ядерные и термоядерные реакции там протекают? Какую температуру и плотность имеет сердцевина Солнца? Можно только догадываться, что ядро нашего светила значительно плотнее свинца и раскалено до 15 миллионов градусов.

Вопросы остались бы без ответа, если бы не нейтрино. Для просвечивания Солнца как раз и нужна была именно такая частица со "скверным", "необщительным" характером, обладающая из-за этого необычайной проникающей способностью. Нейтрино рождаются в центре Солнца, когда водород превращается в гелий и выделяется огромное количество энергии. Часть этой энергии расходуется на освещение и отопление нашей планетной системы.

Если представления ученых об источнике энергии Солнца правильны, то, значит, Земля постоянно принимает настоящий "душ Шарко" из солнечных нейтрино. Сто миллиардов этих частиц должно ежесекундно падать на каждый квадратный сантиметр ее поверхности!

Но самое главное не в этом колоссальном числе. Главное в том, что нейтрино, родившись в центре Солнца, разлетаются во все стороны, даже не замечая громадной солнечной массы, сквозь которую они движутся. Достигают Земли они в "первозданном виде", принося с собой не только 10 процентов всей излучаемой Солнцем энергии, но и ценнейшие сведения о его ядре.

Удивительная ситуация: солнечный свет не дает ученым ответа на мучающие их вопросы, и в то же время необходимая информация буквально носится в воздухе в виде солнечных нейтрино. Если бы удалось измерить интенсивность и энергию нейтрино, то ученые получили бы в свои руки одновременно и "ложку" и "термометр" для определения температуры и плотности сердцевины Солнца.

Вот такой нейтринный телескоп для изучения Солнца и собрали американские ученые глубоко под землей. Полуторакилометровый слой породы отлично защищал прибор от космических лучей и содержащихся в них мешающих ученым мю-мезонов. И в то же время не создавал никаких помех для "разглядывания" Солнца с помощью нейтрино.

Р. Дэвис воспользовался методом, который в 1946 году предложил Б. Понтекорво для поисков тогда еще не открытого нейтрино. Нейтрино, сталкиваясь в этом "телескопе" с атомом хлора, превращают его в радиоактивное ядро атома аргона. А специальные физико- химические методы позволяют выловить даже несколько атомов аргона из большой массы жидкости. Все остальное очень просто. Число таких радиоактивных атомов аргона, то есть число нейтринных "следов", нетрудно подсчитать обычным счетчиком элементарных частиц.

Какой же конец у этой истории? А конца у нее еще нет. Да и вообще это никакая не история, а одна из проблем сегодняшней физики элементарных частиц и астрофизики.

Летом 1972 года в Балатонфюреде, в Венгрии, состоялась международная конференция физиков "Нейтрино-72". "Неудивительно, - рассказывал ее участник Б. Понтекорво, - что залы конференции все время были переполнены, несмотря на жару и близость прохладных вод озера Балатон. Среди участников были наиболее авторитетные специалисты по физике нейтрино из самых крупных лабораторий мира. Некоторые из докладов конференции вызвали что-то вроде сенсации, правда, с моей точки зрения, преждевременной".

Речь шла прежде всего о сообщении профессора Р. Дэвиса об отрицательных результатах попыток обнаружить солнечные нейтрино. Некоторые ученые готовы были объявить неправильным наше представление о термоядерном источнике энергии Солнца, а значит, и других звезд.

По мнению Б. Понтекорво, подобные "революционные", выводы преждевременны.

По-прежнему можно считать, что Солнце получает энергию в реакции соединения четырех протонов в ядро гелия. Но к этому конечному процессу ведут разные циклы ядерных реакций. Нейтринный телескоп Р. Дэвиса может регистрировать нейтрино только от небольшой части таких реакций.

Отрицательный результат может попросту означать, что на Солнце осуществляется другой цикл реакции и что его температура на 1-1,5 миллиона градусов ниже, чем предполагалось раньше.

Вот если солнечных нейтрино окажется еще в три или четыре раза меньше - это будет переворот в нашем представлении о работе Солнца. А сейчас можно предполагать, что нейтрино обладает еще неизвестными нам свойствами. Например, распадается, не успев долететь до телескопа, либо же по дороге от Солнца до Земли нейтрино самопроизвольно превращаются в антинейтрино, а прибор Р. Дэвиса на них не реагирует.