Экзотические частицы нейтрино появляются в ходе трех специфических реакций, причем в каждой из них - только одного, "своего" вида. Поэтому имеется три типа нейтрино: электронное (n_e), мюонное (n_m) и тау-нейтрино (n_t). В определенных условиях эти частицы могут превращаться одна в другую. Процесс такого превращения носит название осцилляций (колебаний). Этот эффект предсказали в 1955 году американские теоретики А. Пайс и О. Пиччоли. А в 1962 году З. Маки, Н. Накагава и С. Саката теоретически рассмотрели случай осцилляции нейтрино n_e"n_m. Именно этот тип превращений и был обнаружен канадской нейтринной обсерваторией в Садбери. Само название явления - осцилляции - вызывает недоумение. В самом деле: о каких колебаниях элементарных частиц может идти речь? Оказывается, это сложное квантовое явление имеет простую механическую аналогию и может быть наглядно продемонстрировано на модели.

Подвесим на П-образной стойке два тяжелых маятника А и В одинаковой длины и массы (скажем, кусочки металла или крупные гайки, закатанные в пластилиновые шарики). Из тонкой стальной проволоки сделаем довольно длинную слабую пружинку и соединим ею маятники. Толкнем один маятник - он начнет раскачиваться. Но слабая связь (пружинка) начнет немедленно воздействовать на второй маятник, периодически подталкивая и подтягивая его. А поскольку маятники одинаковые и, следовательно, частоты их собственных колебаний равны, пружинка действует резонансным образом, то есть наиболее активно. В результате второй маятник, который вначале покоился, начнет постепенно раскачиваться все сильнее и сильнее, отбирая энергию у первого. Наблюдается любопытная картина: амплитуда колебаний первого маятника постепенно уменьшается вплоть до полной его остановки, а второго - увеличивается до максимума. Периодический процесс обмена энергией станет повторяться достаточно долго - возникнут так называемые биения связанных осцилляторов.

Именно это явление и дало название процессу взаимного превращения элементарных частиц. Качания одного маятника соответствуют распространению частицы А, колебания другого - частицы В. Связь между маятниками эквивалентна взаимодействию между частицами, переводящему А в В. Периодическая передача колебаний от одного маятника к другому и есть аналог осцилляций элементарных частиц.

Этот же опыт можно поставить в виде своеобразного физического фокуса. Маятники подвешивают на слабо натянутой горизонтальной нити (она играет роль связи); один закрывают картонным футляром, а другой раскачивают. И зрители наблюдают странную картину: безо всякой видимой причины, без какого-либо постороннего воздействия маятник то постепенно останавливается, то вновь начинает раскачиваться!

Наука и жизнь // Иллюстрации

Прибор для демонстрации биений связанных маятников и графики их колебаний.

Парадоксальное поведение маятника: он периодически останавливается и снова начинает качаться.

№3, 2002