ne + e- ® ne + e- , nm + p ® p + p° + nm .
Эксперименты по поиску этих реакций дали следующие ограничения на величину магнитного момента:
где mв — магнетон Бора, если
Осцилляции нейтрино . В 1958 Б. М. Понтекорво высказал гипотезу, что если масса Н. не строго равна 0 и нет строгого сохранения лептонных зарядов, возможны осцилляции Н., т. е. превращение одного вида Н. в другой (аналогично
осцилляциям К-мезонов вследствие несохранения странности взаимодействиях), например
и т.д. Вопрос об осцилляциях может быть решен лишь экспериментально.
Взаимодействия нейтрино
Как уже говорилось, взаимодействие Н. с др. частицами осуществляется посредством слабого взаимодействия. Современная теория универсального слабого взаимодействия (обобщённая теория Ферми), разработанная американскими учёными М. Гелл-Маном, Р. Фейнманом , Р. Маршаком и Е. Сударшаном, описывает все экспериментально наблюдавшиеся процессы с участием Н., а также предсказывает ещё не наблюдавшиеся, например упругое рассеяние Н. на электроне и мюоне: ne + e ® ne + e, nm + m ® nm + m. Эксперименты по рассеянию Н. на электроне по своей чувствительности близко подошли к возможности обнаружения этих процессов, однако, выделить их над уровнем фона пока не удалось.
Особый интерес представляет взаимодействие Н. при высоких энергиях. Согласно современной теории слабого взаимодействия, сечение рассеяния Н. на др. лептонах, например реакции nm + е- ® ne + m- , должно расти с ростом энергии пропорционально квадрату энергии в системе центра инерции (с. ц. и.) сталкивающихся частиц [или линейно в лабораторной системе (л. с.)]. Однако такой рост сечения взаимодействия в локальной теории Ферми не может происходить неограниченно, т.к. при энергиях ~300 Гэв в с. ц. и. сечение достигает своего естественного предела, определяемого так называемым условием унитарности (условием того, что суммарная вероятность всех возможных процессов при столкновении данных частиц равна 1). Можно ожидать, что при этих энергиях (если окажется справедливой современная теория) слабое взаимодействие станет «сильным» в том смысле, что сечения процессов множественного рождения лептонов станут сравнимыми с сечением двухчастичных процессов.
Экспериментально пока удалось исследовать только процессы взаимодействий Н. с сильно взаимодействующими частицами (адронами ). Наблюдались квазиупругие процессы типа ne (nm ) + n ® p + е- (m- ) и неупругие процессы, например ne (nm ) + n ® n (p) + е- (m- ) + Np + N'K +..., где N, N' — целые числа. Для квазиупругих процессов можно теоретически предсказать ход сечения с ростом энергии. Согласно гипотезе советских учёных С. С. Герштейна и Я. Б. Зельдовича , нуклон является носителем сохраняющегося «слабого заряда», аналогичного электрическому. Если это так, то «слабый заряд» (как и электрический) должен быть «размазан» по объёму нуклона и нуклон при взаимодействии с Н. должен вести себя как протяжённая частица. В то время как сечение квазиупругого рассеяния Н. на точечном нуклоне растет линейно с ростом энергии (в л. с.), на протяжённом нуклоне, как показывают расчёты, оно достигает постоянного значения при энергии Н. En = 1—2 Гэв. Эксперименты подтвердили эту гипотезу при E n = 1—5 Гэв.
Для неупругих процессов ситуация более сложная. М. А. Марков высказал предположение, что полное сечение взаимодействия Н. с нуклоном, несмотря на «обрезание» сечения в каждом отдельном канале реакции, должно расти линейно с возрастанием энергии (в л. с.) из-за неограниченного роста числа возможных каналов. В рамках определённых предположений это было доказано американскими учёными С. Адлером и Дж. Бьёрксном. Как показал Р. Фейнман, такая зависимость сечения от энергии возможна, если нуклон представляет собой облако точечных частиц («партонов»). Измерения, проведённые в ЦЕРНе, согласуются с линейным ростом полного сечения в области E n = 1—10 Гэв: sn = (0,69 ± 0,05)·10-38 En см2 (в формуле энергия En , выражена в Гэв). Получены также данные в опытах с Н. космических лучей при энергии 10—100 Гэв: sn = (0,55 ± 0,15)·10-38 E n см2 . Первые результаты, полученные в Национальной ускорительной лаборатории США (Батавия), не противоречат линейному росту сечения до E n ~40 Гэв. Т. о., все данные согласуются с линейным ростом полного сечения взаимодействия Н. с нуклоном при E n £ 100 Гэв. Высказывалось предположение, что сечение может линейно расти с энергией вплоть до геометрических размеров нуклона (~ 10-26 см2 ).
Существует теория, отличная от теории Ферми, в которой слабое взаимодействие осуществляется за счёт обмена так называемым промежуточным бозоном. В этой теории сечение взаимодействия Н. как с лептонами, так и с адронами должно «обрезаться» при высоких энергиях, причём энергия «обрезания» определяется массой промежуточного бозона.
В 1973 впервые (ЦЕРН) в пузырьковой камере наблюдалось около сотни случаев взаимодействия nm и с ядрами с рождением адронов без образования мюонов, а также (1974) несколько случаев рассеяния на электроне. Это, по-видимому, свидетельствует о существовании нового типа взаимодействия Н. с адронами и лептонами через так называемые нейтральные токи. Существование подобных взаимодействий вытекает, в частности, из объединённой теории слабых и электромагнитных взаимодействий (см. Слабые взаимодействия ).
Во всех перечисленных выше экспериментах Н. выступает в роли инструмента исследования структуры элементарных частиц.
Естественные источники нейтрино
Естественная радиоактивность. Любое космическое тело, в том числе Земля, содержит значительное количество радиоактивных элементов и является источником Н. Регистрация антинейтрино от Земли в принципе возможна, однако методы регистрации ещё не разработаны.
Столкновение протонов космических лучей с газом и реликтовыми фотонами может приводить к рождению заряженных p-мезонов, распад которых сопровождается испусканием Н. (или антинейтрино). В этом механизме возможна генерация Н. с энергиями вплоть до Е n = 1020 эв. Источником таких Н. является атмосфера Земли, а также ядро и диск Галактики, где сосредоточена основная масса межзвёздного газа. Н. от столкновения протонов сверхвысоких энергий с реликтовыми фотонами испускаются во всём мировом пространстве. Существует гипотеза, что Н. сверхвысоких энергий являются причиной сверхмощных широких атмосферных ливней (см. Космические лучи ).
Атмосфера Земли — пока единственный естественный источник, от которого удалось зарегистрировать Н. Рождаются Н. в верхних слоях атмосферы, где генерируется наибольшее число p- и К-мезонов. Впервые идея экспериментов с Н. космических лучей была высказана М. А. Марковым (1960). Было предложено регистрировать глубоко под землёй мюоны с энергией 10—100 Гэв от реакции nm + n ® р + m- (**). Регистрируя мюоны из нижней полусферы Земли и под большими зенитными углами, можно избавиться от фона атмосферных мюонов и иметь чистые нейтринные события (**). Первые результаты получены в Индии и в Южной Африке в 1965 с помощью специальных нейтринных телескопов (рис. 4 ). К 1973 мировая статистика насчитывала свыше сотни нейтринных событий.
Реакции термоядерного синтеза химических элементов — основной механизм генерации Н. в недрах Солнца и большей части звёзд (в период их «ядерной» эволюции).
Сверхгорячая плазма служит источником Н. в звёздах на завершающих этапах эволюции, а также в модели горячей Вселенной в первые доли секунды её возникновения. Возможны два вида генерации Н. Первый связан с реакциями взаимного превращения нуклонов
(так называемый урка-процесс) и может идти как на связанных нуклонах ядер при температурах Т ~ 109 К, так и на свободных нуклонах при Т ³ 1010 К. Второй способ, чисто лептонный, связан с реакциями типа
а также с реакциями