ЗАГАДКА ДЕФИЦИТА СОЛНЕЧНЫХ НЕЙТРИНО

Нейтрино, мельчайшая частичка вещества, теоретически предсказана в 1930 году швейцарским физиком В.Паули. Окончательное экспериментальное подтверждение её существования получено американскими физиками Ф.Райнесом и К.Коуэном в реакциях обратного бета-распада в 1953-1956 гг.

Нейтрино обозначается буквой n, электрически нейтральная частица со спином 1/2, то есть, является фермионом. Принадлежит к классу лептонов, то есть, к легким частицам. Возможно, нейтрино имеют нулевую массу. К настоящему времени известно шесть лептонов, три из которых имеют отрицательный заряд: электрон, мюон и t-лептон, и три соответствующих аромата (сорта) нейтрино: электронное n_e, мюонное n_m, и тау-нейтрино n_t, а также шесть антилептонов.

При взаимодействии с другими частицами нейтрино превращаются в соответствующий заряженный лептон. В отрицательные лептоны превращаются левые нейтрино, то есть, имеющие спиральность l = - 1/2. Правые нейтрино являются античастицами к левым нейтрино.

Важнейшим отличительным свойством нейтрино является их огромнейшая проникающая способность. Сечение взаимодействия нейтрино с веществом растут с ростом энергии нейтрино, а проникающая способность уменьшается. Общее количество фоновых нейтрино неизвестно и оно может быть так же распространено, как и фотоны. Нейтрино образуются при превращениях атомных ядер: в Земле в процессах распадов, в атмосфере при бомбардировке космическими лучами, в Солнце и в звездах.

Регистрируют нейтрино с помощью нейтринных обсерваторий, приборов построенных глубоко под землей, в шахтах. Земля не является преградой для нейтрино, но задерживает всевозможные помехи, которые существуют на её поверхности. То есть, чем глубже находится нейтринный "телескоп", тем меньше посторонние помехи. Хотя радиоактивный фон и фон реликтовых нейтрино существует и глубоко под земной поверхностью.

Наблюдения солнечных нейтрино уже ведутся порядка тридцати лет. Наблюдаемое количество солнечных нейтрино оказалось значительно меньше вычисленного значения.

Основными реакциями, происходящими в недрах Солнца являются (Stockman, Jan.12th, 1997):

p + p -------------------» d + позитрон + нейтрино
p + p + электрон ------» d + нейтрино
d + p -------------------» He3 + гамма квант
He3 + He3 --------------» p + p + He4

He3 + He4 --------------» Be7 + гамма квант
Be7 + позитрон --------» Li7 + нейтрино
Li7 + p ------------------» He4 + He4

Be7 + p -----------------» B8 + гамма квант
B8 ----------------------» Be8* + позитрон + нейтрино
Be8* --------------------» He4 + He4

Нейтрино рождающиеся в этих реакциях имеют разные энергии. Так pp нейтрино имеют энергии около 420 кэВ, бериллиевые и борные нейтрино имеют энергии в среднем выше 814 кэВ. Ниже показан спектр нейтрино, рассчитанный ведущими физиками в этой области John Bahcall и Pinsonneault, 1998.

Для регистрации солнечных нейтрино осуществлены несколько нейтринных экспериментов. Каждый эксперимент работает в своем диапазоне энергий нейтрино. Каждый эксперимент откалиброван с помощью нейтрино земного происхождения и должен давать правдоподобный результат. Однако все существующие эксперименты указывают на большой недостаток потока нейтрино. Как будто от Солнца идет лишь 25-60% нейтрино от того количества, которое дает общепринятая теория. Значение нейтринного дефицита сильно зависит от метода работы конкретного нейтринного эксперимента.

Нейтринный эксперимент Homestake Solar Neutrino Experiment осуществлялся более двадцати лет в золотой шахте Homestake в Южной Дакоте, США. В этом эксперименте использовался раствор Cl-37, заполняющий огромную емкость и мог регистрировать нейтрино с энергиями выше 814 кэВ, то есть, бериллиевые и борные нейтрино.

Эксперимент Камиокандэ осуществлён в шахте Камиока в Японии. Основан на регистрации черенковского излучения, испускаемого при возникновении и сверхсветовом движении заряженных частиц в воде.

Галлиевый эксперимент SAGE осуществлен на Баксанской Нейтринной Обсерватории в России на Кавказе. Этот эксперимент основан на реакции обратного бета-распада, вызванной солнечным нейтрино Ga71(n,e)Ge71.
Порог этой реакции 233 кэВ, то есть, должен регистрировать солнечные p-p нейтрино.

Эксперименты и результаты:

Ниже приведен перечень проведенных, существующих и планируемых нейтринных экспериментов. Каждый эксперимент указывает на существенный недостаток солнечных нейтрино.

Homestake:.............(33 +- 3 +-5)%,........1970-1995
Kamiokande:...........(54 +- 8 ⁺¹⁰_-7)%,.......1986-1995
SAGE:....................(52 +- 6 +- 3)%,........1990-2006
Gallex:.....................(60 +- 6 +- 4)%,........1991-1996
SuperKamiokande:..(47.5 +- 0.8 +- 1.3),.........1996-
SNO - эксперимент нов, работает с мая 1999 года, должен регистрировать все ароматы нейтрино.
Borexino:...................................................2001
KamLand :................................................2001?
ICARUS:..................................................2000?
HELLAZ:..................................................2002
LENS:...............................................обсуждается
Iodin:............................................................?
HERON:...................................................2000

Астрофизическое гипотезы базируются на более интенсивном перемешивании вещества недр Солнца и, соответственно, на уменьшении количества реакций, сопровождающихся рождением высокоэнергичных нейтрино. При этом, для обеспечения наблюдаемой светимости Солнца, в его недрах должно происходить больше низкоэнергичных реакций. (Данное объяснение конфликтует с гелиосейсмологией.)

Физические гипотезы базируются на разных типах осцилляций нейтрино. То есть, нейтрино, испущенное в реакциях на Солнце, должны превратиться в нечто другое, чтобы стать невидимками для земных нейтринных детекторов. Существует несколько гипотез осцилляций нейтрино:

• превращение из электронного нейтрино в мюонное и тау-нейтрино, Михеев и Смирнов (86), Wolfenstein, (78).
• изменение спиральности нейтрино, то есть, превращение нейтрино в антинейтрино, Волошин, Высоцкий и Окунь, (86)
• превращение нейтрино определённого сорта в стерильное нейтрино.
• Вакуумные осцилляции, Понтекорво, (67).
• Распад нейтрино, Bahcall, Cabibbo and Yahil, Pakvasa and Tennakone (72), (противоречит наблюдениям по сверхновой 1987А)

Гипотезы о материальности пространства-времени изменяют само представление о материи, энергии и её источниках. Н.А.Козырев полагал, что источником звездной энергии является переход причины в следствие, или само время. По Козыреву время активно, пространство пассивно, а массивные объекты поглощают время и превращают его в энергию.

В данной работе, (Космическая Генетика) в отличие от гипотезы Козырева, пространство является видом материи. Массивный объект поглощает пространство квантами. Это и есть квантовая гравитация.

Если принять энергетический выход от Солнца за 100%, то, согласно расчету в этой работе Солнце потребляет 65.9% энергии за счет квантованного поглощения пространства, и лишь 34.1% остаётся на реакции синтеза в недрах Солнца.

Сравним это по наблюдениям нейтринного "дефицита". (Теперь дефицит законно взять в кавычки, поскольку это уже не дефицит, а доля.)

От нуля 0 до I показана доля термоядерных источников на Солнце. От I до 1 показана доля источников энергии квантовой гравитации.

0_____,_____,__^__,__I__,_____,^____,_____,_____,_____,_____1

0_____,_____,_____,__I_^,_____,_____,_____,^____,_____,_____1

0_____,_____,_____,__I__,_^___,_____^_____,_____,_____,_____1

0_____,_____,_____,__I__,____^_____,_____^_____,_____,_____1

0_____,_____,_____,__I__,_____,____^^,_____,_____,_____,_____1

Знаками ^___^ показаны диапазоны погрешностей наблюдательных данных, полученных соответственно в экспериментах: Homestake, Kamiokande, SAGE, Gallex, SuperKamiokande.

Наиболее удовлетворительное совпадение с расчетом дает самый старый и наиболее надежный экперимент Homestake. Превышение по экспериментам Kamiokande, SAGE, Gallex, SuperKamiokande может быть объяснено фоновыми нейтрино. В последних нейтринных экспериментах было зафиксировано, что результат зависит от времени суток наблюдения. А поскольку течение реакций на Солнце не зависит от того, какой стороной обращена Земля к Солнцу, делаем вывод, что наблюдатели в шахте Камиока ловят приличный уровень фоновых нейтрино, (атмосфера, недра Земли и т.п). Следовательно фактические результаты по наблюдению солнечных нейтрино на этих нейтринных обсерваториях будут ниже на долю фона. Эксперимент SNO (Sudbury Neutrino Observatory) уже работает. Он должен регистрировать все ароматы нейтрино. Хочется надеяться, что этот эксперимент опровергнет гипотезы по осцилляциям нейтрино и будет новым подтверждением модели энергетики квантовой гравитации в Космической Генетике.

Расчет по энергетике квантовой гравитации приведен на странице Солнечная Энергия.

Здесь были использованы данные с web-страниц:

http://cupp.oulu.fi/neutrino/nd-sol.html (12 November 1999 Juha Peltoniemi)
http://www.maths.qmw.ac.uk/~lms/research/neutrino.html
http://aci.mta.ca/courses/physics/1001/Misc/StudentPapers97/Neutrino.html
John Bahcall's Solar Neutrino Viewgraphs
Bahcall