Дэниел З. Фридман

Дэниел З. Фридман (род. 1939) — американский физик-теоретик. От него происходит предсказание когерентного упругого рассеяния нейтрино на ядре — того эффекта, который сегодня делает возможными нейтринные детекторы величиной с чемодан.

Известен он, сверх того, как один из основателей супергравитации, совсем иной ветви теоретической физики.

Предсказание 1974 года

Фридман опубликовал в 1974 году работу, которая извлекла непосредственное следствие из незадолго до того подтверждённой теории слабого взаимодействия.

Gargamelle доказала в 1973 году нейтральные токи: процессы, при которых нейтрино взаимодействует через Z-бозон, не меняя своей идентичности.

Фридман спросил, что происходит, когда нейтрино низкой энергии попадает на целое атомное ядро. Его ответ: при достаточно малой энергии нейтрино уже не может различить отдельные нуклоны. Оно рассеивается тогда не на протоне или нейтроне, а на ядре как целом — и вклады отдельных нейтронов не просто складываются, а усиливаются когерентно.

Квадратичный выигрыш

Следствие примечательно: сечение взаимодействия растёт с квадратом числа нейтронов.

Для тяжёлого ядра вроде цезия с 78 нейтронами это означает множитель порядка шести тысяч по сравнению с рассеянием на отдельном нуклоне.

Для частицы, главная беда которой в том, что она почти никогда не взаимодействует, множитель шесть тысяч есть переворот. Он и есть причина, по которой детектора в несколько килограммов достаточно там, где иначе понадобились бы тысячи тонн.

Почему это заняло 43 года

Сам Фридман считал доказательство трудным, и он оказался прав.

Загвоздка лежит в отдаче. Ядро хотя и принимает энергию, но очень мало — оно движется на доли килоэлектронвольта. Отличить такой сигнал от помех далеко превосходило технику измерений своего времени.

Лишь в 2017 году коллаборации COHERENT на источнике скалывания в Ок-Ридже удалось первое доказательство. Между предсказанием и подтверждением лежало 43 года — сравнимо с 26 годами между предложением Паули и первым доказательством нейтрино.

Что из этого вышло

Эффект сегодня уже не курьёз, а инструмент.

Он позволяет переносные детекторы, какие обсуждаются для контроля за ядерными реакторами. Он есть тот канал, через который можно было бы помыслить нейтринную связь с меньшими приёмниками. И он же есть предел для поиска тёмной материи: начиная с определённой чувствительности такие детекторы неизбежно видят солнечные нейтрино.

В 2025 году эксперимент CONUS+ впервые доказал эффект и на реакторных антинейтрино — при заметно более низких энергиях, чем у COHERENT.

Второй путь

Самая известная работа Фридмана лежит совсем в другой области. В 1976 году он разработал совместно с Серджо Феррарой и Петером ван Ньивенхёйзеном супергравитацию — теорию, которая связывает суперсимметрию с теорией тяготения Эйнштейна.

За эту работу трое получили в 2019 году Special Breakthrough Prize in Fundamental Physics.

То, что один и тот же человек внёс и предсказание нейтринной физики, и краеугольный камень квантовой гравитации, необычно даже в теоретической физике.

Связанные понятия

Источники

  • D. Z. Freedman: Coherent effects of a weak neutral current, Physical Review D 9, 1389 (1974).
  • Коллаборация COHERENT: Observation of Coherent Elastic Neutrino-Nucleus Scattering, Science 357, 1123 (2017).