Гран-Сассо, зал А

В поисках «сверхредкого события»

Толстый десятиметровый серо-бежевый цилиндр венчает прямоугольная надстройка. Отсюда, из «чистой комнаты», у исследователей есть доступ к сердцу аппарата GERDA — германиевого детекторного приемника. Внутри аппарата — 35,6 килограмма чистейшего германия, обогащенного изотопом с массовым числом 76. Матово-серебристые кристаллы этого полупроводникового материала кого электрического заряда — ни отрицательного, ни положительного.

Как же тогда изучить их феноменальное свойство? План ученых на первый взгляд может показаться абсурдным. Они отслеживают явление, при котором не наблюдаются ни нейтрино, ни антинейтрино, — радиоактивный распад. При нем выпущенное нейтрино тут же поглощается в ходе повторного распада того же атомного ядра. А в детекторе регистрируются лишь два испускаемых им электрона. Поскольку нейтрино тут проявляют лишь фоновую активность, физики называют это «событие» безнейтринным двойным бета-распадом. Если нейтрино действительно является собственной античастицей, такой распад возможен.

Проблема в том, что двойной бета-распад — крайне редкое явление. И эти единичные случаи нужно сначала зафиксировать. А затем отфильтровать из множества помех. Детектор собирает данные с 2015 года. И пока не зарегистрировал ни одного.

В погоне за неуловимым бета-распадом участвуют научные группы из многих стран. Главный конкурент детектора GERDA работает всего в пятидесяти метрах от него, в том же подземном зале А. И уже установил вселенский рекорд холода. Аппарат называется CUORE. Расшифровка этой аббревиатуры,
которая совпадает по написанию с итальянским словом «сердце», — «подземная криогенная обсерватория редких событий». Снаружи CUORE напоминает многоэтажный гараж из листовой стали. Внутри него около 200 килограммов полуметалла теллура в виде окиси. Кристаллы оксида теллура, крепеж и свинцовая защитная обшивка весят в общей сложности 1,5 тонны. И заморожены почти до абсолютного нуля — их температура выше всего на одну тысячную градуса. Настолько холодной массы такого размера больше нет нигде во Вселенной, с гордостью говорят ученые.

Скоро детектор начнет сбор данных — и будет заниматься этим ближайшие пять-шесть лет. А если физики попросту не зарегистрируют то самое «редкое событие»? «Значит, наш детектор недостаточно чувствительный», — говорит Паоло Горла, работающий над проектом уже 16 лет. В этом случае он будет готов включиться в проектирование другого детектора, даже если будет риск, что и новый аппарат ничего не обнаружит. Тогда Паоло завершит научную карьеру, так и не исполнив свою мечту — добиться прорыва в понимании устройства Вселенной.

«Если нам удастся зафиксировать без-нейтринный двойной бета-распад, это будет самое редкое зарегистрированное явление в истории человечества», — говорит гейдельбергский физик-ядерщик Бернхард Швин-генхойер. И последствия будут соответствующие: «Его обнаружение взорвет Стандартную модель физики элементарных частиц».

Ведь Стандартная модель не допускает существования частицы, которая обладает массой и при этом является собственной античастицей. «Это будет означать, что есть что-то за пределами Стандартной модели физики», — говорит Швингенхойер.

Нейтрино — ключ к замку, открывающему дверь в новый мир. Что это за мир, не знает никто. Но таинственная частица должна помочь нам найти ответ на величайшую загадку физики: почему мы существуем? Почему вообще мир представляет собой не ничто, а нечто?

Куда подевалась антиматерия? После Большого взрыва во Вселенной должно было образоваться поровну материи и антиматерии. Но при таком паритете никогда не возникли бы ни планеты, ни звезды, ни галактики.

В поисках разгадки теоретики ориентируются на идею гениального итальянского физика Этторе Майорана. Это он в 1932 году предположил, что нейтрино являются собственными античастицами. Если так оно и есть, то, по расчетам, в «горячей» начальной фазе эволюции Вселенной существовали тяжелые нейтрино — собратья нынешних частиц. Сейчас от них не осталось и следа: когда космос остыл, тяжелые нейтрино распались на другие частицы материи и антиматерии. Но не в равной пропорции, а асимметрично. Материи, из которой состоит все, включая нас, стало больше.

Звучит не слишком убедительно. Похоже на попытку закрыть лакуну в теории за счет еще одной гипотетической частицы. Но Манфред Линднер из Гейдельбергского института ядер-ной физики Общества Макса Планка считает эту идею очень продуктивной: «Все детали в ней безукоризненно сочетаются, тогда как во многих других теориях без натяжек и допущений не обойтись».

Дело за малым — подтвердить гипотезу экспериментально. Например, измерить детекторами безнейтринный двойной бета-распад.

Отдача была бы двойная. Благодаря этому удалось бы наконец рассчитать абсолютную массу нейтрино. Но если исследователи в горном массиве Гран-Сассо хотят быть первыми, им нужно спешить. Их коллеги в Карлсруэ тоже взялись за решение этого вопроса, избрав самый короткий путь.