Торжество непонятного

Поздравления получают Такааки Кадзита (иногда его транслитерируют как Каджиту, идя на поводу у английского спеллинга) и Артур Макдональд. Именно они (с кучей соавторов) открыли нейтринную осцилляцию.

Агентство «Томсон-Рейтерс» предсказывало, что в этом году премию по физике должны были дать за фермионный конденсат, пьезотронные наногенераторы или аттосекундную физику. В последнее время агентство «Томсон-Рейтерс» почти никогда не попадало в точку со своими прогнозами, что, кажется, совсем не повредило его репутации. Напротив, попасть в прогноз «Томсон-Рейтерс» для ученого почти так же престижно, как и получить саму Нобелевку, и будет просто глупо, если кто-то нечаянно удостоится обоих этих отличий. Так что публика, собравшаяся на церемонию, реально не знала, чего ждать. Вот, кстати, эта публика в ожидании момента «икс» — расслабленно коротает время, сидя на полу.

В этот раз, как и обычно, Нобелевский комитет не пошел на поводу у экспертов, а удивил общественность. Нобелевский комитет вообще старается не прогибаться под изменчивый мир и не угождать никому. Даже таймер на сайте комитета, отсчитывающий время до оглашения следующих лауреатов, вот уже вторые сутки отстает ровно на час, и никто не унижается до того, чтобы подкрутить чертов гаджет.

Так вот, Нобелевский комитет в этот раз всех удивил. Но удивил наиприятнейшим образом: присудил премию за открытие, которое и правда было небольшой революцией в науке и последствия которого теоретики не расхлебали до сих пор. По сравнению с этой штукой пьезотронные генераторы — как фонарик с ручной динамо-машиной перед Звездой Смерти.

Нейтринная осцилляция — это, конечно, гораздо проще и брутальнее, чем некстати попавшие на язык генераторы, но объяснить ее публике (да и самому себе, впрочем) автор не возьмется. Разве что в общих чертах. Явление это предсказал советский физик Бруно Понтекорво еще в 1957 году. Мы тут как-то уже писали, что было в Италии три брата Понтекорво, двое бежали от Муссолини в разные страны, один остался на родине. Этот оставшийся стал известным кинорежиссером, тот, что уехал в Англию, положил начало генетике соматических клеток. Третий брат — физик, неудачно выбравший для эмиграции СССР, — испытал на себе все прелести тогдашней советской оборонно-ориентированной науки, но все же гены взяли свое, и Бруно Понтекорво сделал в физике свою долю открытий.

Дальше очень кратко о сути дела. Частицы материи — по неким важным причинам они называются «фермионы» — по другим важным и не слишком понятным причинам подразделяются на три «поколения». Например, верхний кварк, странный кварк и истинный кварк — с точки зрения физики элементарных частиц они не отличаются ничем, кроме массы. Три поколения есть и у электрона — его старшие родственники называются мюоном и тау-лептоном. И, наконец, третий компонент материи — загадочная частица «нейтрино», которых пролетает сквозь каждого из нас примерно триллион в секунду, не причиняя нам никаких неудобств. Нейтрино во Вселенной вообще больше, чем чего бы то ни было (кроме фотонов), но поскольку они ни с чем не взаимодействуют, задумываются о них только самые упертые физики.

Итак, нейтрино, как и других частиц материи, бывает три типа — электронное, мюонное и тау. Чем они отличаются? А вот это уже вопрос вопросов, потому что из всех твердо установленных представлений физики частиц (так называемой Стандартной модели) вроде бы следует, что у нейтрино массы быть не должно. То есть ни к чему им масса, никак эта масса в теории не учитывалась (до последнего момента). Физики могли оценить лишь верхний предел — нейтрино не должны быть тяжелее, чем столько-то, но и нуль их вполне устраивал.

Но вот если бы у них была масса, догадался Понтекорво и другие физики-теоретики, то один тип нейтрино мог бы переходить в другой. А потом обратно. Так бы они переключались друг в друга с определенной частотой. С какой частотой? Частота должна быть пропорциональна разности квадратов масс. То есть если массы равны нулю, то и частота равна нулю, ничего не осциллирует. А если что-то осциллирует — значит, разница квадратов масс не равна нулю, и значит, у нейтрино есть масса. Хотя вычислить ее, зная только разности квадратов, невозможно, вот попробуйте сами и убедитесь.

Ну так вот: они-таки осциллируют, и знаем мы об этом благодаря нобелевским лауреатам этого года и их многочисленным соратникам. А это значит, что масса у них определенно есть. А уже это в свою очередь значит, что в современной физике элементарных частиц есть некий параметр, который никак не вписывается в теорию. Понтекорво-то предложил эту осцилляцию скорее в порядке произвольной игры ума, но с тех пор теоретики выстроили довольно стройное здание, в котором эта самая масса нейтрино оказалась немного не при делах. Но в стройной теории не бывает такого, чтобы что-то было не при делах... значит, возможно, надо все ломать и перестраивать.

Вот почему мы написали, что премию в этом году дали за непонятное. Ситуация совершенно противоположная тому, что случилось, к примеру, с бозоном Хиггса. Он-то позарез нужен был нашей стройной физической теории, да вот открыть его все никак не получалось. Но потом получилось, последняя деталь встала на место, ура-ура... Позвольте, а это что? Еще одна деталь? Но все же вроде уже собрано... Неужели разбирать обратно?!

Физики, получившие Нобелевскую за нейтронные осцилляции, — экспериментаторы. Им эти проблемы не очень близки, их дело сказать: «В природе есть то-то и то-то», а как потом из этого составить стройную систему представлений о Вселенной — совсем другой вопрос. Не так уж часто в истории Нобелевских премий экспериментаторов награждали за открытия, не имевшие на тот момент глубокой теоретической проработки. Буквально на полпути от неизвестного к непонятному настигла премия Кадзиту и Макдональда. И хорошо, потому что от неизвестного к непонятному, а потом, возможно, и чуть дальше — примерно такой маршрут и проходит наука. Это нам с вами кажется, что физики такие умные и все понимают. А на самом деле они как ежик в тумане, в шапке, на болоте. Забавно, но им, похоже, это даже нравится — ради этого острого ощущения они и физикой занялись, надо полагать. Ну и, конечно, чтобы получить Нобелевку.

О том, как ученые недосчитались летящих от Солнца нейтрино и как потом отыскали пропажу, заодно открыв нейтринную осцилляцию, можно прочитать здесь — разумеется, по-английски.

А вот тут разъяснения от Алексея Цвелика.