Статья о нейтрино 1949 года

Статья

В декабре 1949 года Журнал экспериментальной и теоретической физики (ЖЭТФ) опубликовал четырёхстраничную статью, которой суждено было тихо перевернуть наше понимание одной из самых неуловимых частиц природы. Под названием «β-распад RaE» статья А.С. Завельского, Г.Я. Умарова и С.Х. Матушевского представила тщательные экспериментальные измерения бета-спектра радия E (висмута-210) — а в её данных скрывался вывод о массе нейтрино, опередивший своё время на десятилетия.

Статья была получена редакцией 18 июля 1949 года — всего за несколько месяцев до знаменитой защиты диссертации Умарова в Московском государственном университете, где ему предстояло дискутировать со Львом Ландау по тому же самому вопросу.

Сканы оригинальной статьи

Приведённые ниже сканы оригинальной статьи были любезно предоставлены Национальной библиотекой Грузии.

ЖЭТФ, том 19, выпуск 12 — декабрь 1949 г. Академия наук СССР, Москва–Ленинград.

Страницы 1136–1137: «β-распад RaE» — А.С. Завельский, Г.Я. Умаров, С.Х. Матушевский. Рис. 1: Экспериментальный β-спектр RaE. Рис. 2: Верхняя граничная область непрерывного β-спектра.

Страницы 1138–1139: Разделение сложного β-спектра на парциальные стандартные формы (рис. 3). Поглощение γ-лучей в свинце (рис. 4). Нижняя граница экспериментального β-спектра (рис. 5). Ключевой фрагмент о массе нейтрино: «Величина этой массы не превышает 1/50 – 1/100 m₀c².»

Страница 1140: Кривые поглощения β-спектров RaE и RaD (рис. 6). Верхняя граница RaD: 33 ± 5 кэВ. Получено редакцией 18 июля 1949 г. Библиография из 13 источников.

Копия данной статьи была любезно предоставлена Национальной библиотекой Грузии.

Что доказала статья

В эксперименте использовался β-спектрометр с поперечной магнитной фокусировкой (радиус кривизны ρ = 125 мм). Исследователи измерили полный β-спектр RaE (висмута-210) с помощью нескольких независимых детекторов: счётчика элементарных частиц, счётчиков совпадений и цилиндра Фарадея с лампой ФП-54.

Основные результаты:

• Сложный спектр: β-спектр RaE не является элементарным, а представляет собой сложный спектр, состоящий как минимум из двух парциальных спектров. Стандартная кривая 1 на диаграмме Сарджента составляет 92%, кривая 2 — 8%, со второй верхней границей при 1080 ± 5 кэВ.
• Верхняя граница: Основная верхняя граница была определена методом экстраполяции и составила 1165 ± 5 кэВ.
• Медленные электроны: В β-спектре было обнаружено большое количество медленных электронов, что противоречило теории Ферми и требовало новой теоретической интерпретации.
• Масса нейтрино: На основании распределения электронов по энергии вблизи верхней границы авторы установили верхний предел массы покоя нейтрино: не более 1/50 – 1/100 массы электрона (m₀c²).

Почему это имело значение

В 1949 году господствующий научный консенсус определял массу нейтрино приблизительно в 0,3–0,8 массы электрона. Оценка Умарова и его соавторов — 1/50–1/100 массы электрона — была радикальной: она означала, что нейтрино значительно легче, чем кто-либо полагал.

Эта оценка стала центральным пунктом защиты диссертации Умарова в Московском государственном университете, где Лев Ландау — величайший советский физик-теоретик — оспорил его вывод. Дискуссия была острой, однако учёный совет МГУ единогласно (43–0) проголосовал в пользу Умарова.

“The dissertator remained with his opinion, and the opponent with his.”

— Лев Ландау, официальный отзыв на защиту диссертации Умарова, 1949 г.

Подтверждение

История доказала правоту Умарова. Современная физика элементарных частиц установила, что массы нейтрино чрезвычайно малы — порядка долей электронвольта, примерно одна миллионная массы электрона. Верхняя оценка Умарова 1949 года — 1/50–1/100 — была несравнимо ближе к реальности, чем консенсусные 0,3–0,8 его эпохи.

В 1956 году американские физики Клайд Коуэн и Фредерик Рейнес осуществили первую прямую регистрацию нейтрино. В 1995 году Рейнес был удостоен Нобелевской премии по физике за это открытие — подтвердив существование частицы, массу которой Умаров столь точно ограничил семью годами ранее.

В 1981 году легендарный астрофизик Я.Б. Зельдович и М.Ю. Хлопов опубликовали фундаментальную работу о космологических ограничениях на массу нейтрино в журнале Успехи физических наук. В их обзоре работа Умарова была процитирована наряду с исследованиями 13 нобелевских лауреатов — свидетельство непреходящего значения эксперимента 1949 года в ленинградской лаборатории.

Библиографическая ссылка