Хронология физики нейтрино
Девяносто пять лет отделяют отчаянную мысль в письме от точного измерения. Этот обзор сводит воедино вехи, которые образуют для нейтриновольтаики фундамент, — и показывает, насколько молодо ещё это поле: между первой догадкой и первым обнаружением лежали двадцать шесть лет, между предсказанием когерентного рассеяния и его измерением — сорок три.
Основы, с 1930 по 1956 год
| Год | Веха |
|---|---|
| 1930 | Вольфганг Паули постулирует в своём письме к тюбингенскому совещанию по радиоактивности — с обращением «Дорогие радиоактивные дамы и господа» — нейтральную, почти не взаимодействующую частицу, чтобы спасти закон сохранения энергии при бета-распаде. |
| 1934 | Энрико Ферми представляет первую количественную теорию бета-распада и даёт частице её имя: neutrino, маленькое нейтральное. |
| 1937 | Этторе Майорана показывает, что нейтральный фермион может быть своей собственной античастицей — вопрос открыт по сей день. |
| 1956 | Клайд Коуэн и Фредерик Райнес обнаруживают антинейтрино на реакторе Саванна-Ривер. Райнес получает за это в 1995 году Нобелевскую премию. |
Годы открытий, с 1957 по 1998 год
| Год | Веха |
|---|---|
| 1957 | Бруно Понтекорво предлагает, что нейтрино могли бы переходить друг в друга, — идея осцилляции. |
| 1962 | Ледерман, Шварц и Штайнбергер показывают в Брукхейвене, что мюонное нейтрино является самостоятельной частицей. Нобелевская премия 1988 года. |
| 1968 | Рэймонд Дэвис измеряет в шахте Homestake лишь около трети ожидаемых солнечных нейтрино. Начинается проблема солнечных нейтрино. |
| 1974 | Д. З. Фридман предсказывает когерентное упругое рассеяние нейтрино на ядре и пишет тут же, что его обнаружение будет трудным. Он оказался прав. |
| 1987 | Сверхновая SN 1987A даёт 24 нейтринных события за тринадцать секунд — за три часа до видимого света. |
| 1989 | Измерения на LEP в ЦЕРН показывают: лёгких сортов нейтрино ровно три. |
| 1998 | Super-Kamiokande обнаруживает осцилляцию атмосферных нейтрино. Первое твёрдое свидетельство того, что нейтрино обладают массой. |
Годы осцилляций, с 2001 по 2015 год
| Год | Веха |
|---|---|
| 2001 | Sudbury Neutrino Observatory решает проблему солнечных нейтрино: нейтрино не недостаёт, они сменили сорт. |
| 2002 | KamLAND подтверждает это на реакторных антинейтрино и превращает толкование в измерение. |
| 2010 | IceCube на Южном полюсе начинает работу — кубический километр льда в качестве детектора. |
| 2012 | Daya Bay определяет третий угол смешивания θ₁₃ и тем самым открывает дверь к вопросу о нарушении CP. |
| 2015 | Нобелевская премия по физике достаётся Такааки Кадзите и Артуру Б. Макдональду. Тем самым официально: нейтрино обладают массой — и несут импульс. |
Годы точных измерений, с 2015 года
| Год | Веха |
|---|---|
| 2015 | Neutrino Deutschland GmbH заявляет 6 марта первый приоритет, из которого позднее возникает патент WO2016142056A1. |
| 2016 | 15 сентября публикуется патентная заявка: плёнка из металла с покрытием из графена и кремния. |
| 2017 | Коллаборация COHERENT измеряет когерентное рассеяние — через 43 года после предсказания Фридмана, с 6,7 σ и детектором массой 14,6 килограмма. |
| 2020 | П. М. Тибадо с сотрудниками показывают, что свободно висящий графен создаёт из собственных колебаний измеримый ток. Borexino измеряет CNO-нейтрино Солнца. |
| 2022 | KATRIN опускает границу массы ниже одного электронвольта. COHERENT повторяет измерение с заметно лучшей статистикой. |
| 2024 | Публикуется основное уравнение Хольгера Торстена Шубарта — рамка, сводящая когерентное рассеяние, поток мюонов, а также электромагнитные и тепловые вклады в одно выражение для выходной мощности. |
| 2025 | KM3NeT наблюдает нейтрино с энергией 220 ПэВ, самое энергичное из когда-либо измеренных. Модернизация IceCube опускает порог обнаружения ниже 5 ГэВ. |
| 2026 | JUNO в Китае начинает измерения с 20 000 тоннами жидкого сцинтиллятора. |
Что ещё предстоит
Эти записи запланированы, а не совершены:
| Год | Проект |
|---|---|
| 2027 | Hyper-Kamiokande должен получить первый пучок — 258 000 тонн воды в качестве детектора. |
| 2030 | DUNE должен дать первые нейтринные данные, на расстоянии 1 300 километров. |
Что показывает хронология
При прочтении выступают три вещи.
Промежутки сокращаются. От Паули до Коуэна и Райнеса прошло 26 лет, от Фридмана до COHERENT — 43. Между COHERENT и измерением на втором ядерном материале лежало четыре. Поле набрало ход.
Три якоря нейтриновольтаики лежат близко друг к другу. 2015 год — обнаружение массы, 2017 год — обнаружение передачи импульса, 2020 год — обнаружение тока от колебаний графена. Все три в пределах пяти лет: предпосылки для этого подхода полны лишь с недавних пор.
Предсказание и измерение часто отстоят друг от друга на десятилетия. В этом поле это нормально и не является возражением: Паули ждал 26 лет, Фридман — 43, Понтекорво — 41. Кто хочет измерять нейтрино, тому нужны терпение и всё лучшие детекторы.
Связанные понятия
- Осцилляции нейтрино — явление, стоящее за годами с 1957 по 2015
- Нобелевская премия по физике 2015 года — награда за него
- COHERENT — эксперимент 2017 года
- Когерентное упругое рассеяние нейтрино на ядре — предсказанный в 1974 году процесс
- Основное уравнение — запись 2024 года
- Патент WO2016142056A1 — записи 2015 и 2016 годов
- Нейтриновольтаика — подход в целом
Источники
- Королевская шведская академия наук: Scientific Background — Neutrino Oscillations (2015).
- D. Z. Freedman: Physical Review D 9, 1389 (1974).
- D. Akimov и др. (COHERENT): Science 357, 1123–1126 (2017); Physical Review Letters 129, 081801 (2022).
- P. M. Thibado и др.: Physical Review E 102, 042101 (2020).
- Коллаборация KM3NeT: Nature 638 (2025).
- WIPO: WO 2016/142056 A1, опубликовано 15 сентября 2016 года.
- Particle Data Group: Review of Particle Physics (2024).
- neutrino-research.com, Timeline of neutrino physics, просмотрено 3 сентября 2026 года — основа для датировки записи 2024 года.