Солнечные нейтрино

На рисунке представлен спектр солнечных нейтрино, расчитанный по одной из стандарных моделей Солнца. Поток нейтрино от различных каналов pp- и CNO-циклов отложен в зависимости от энергии нейтрино. Вертикальные зоны, выделенные оттенками зеленого цвета, соответствуют областям чувствительности экспериментов по регистрации нейтрино с детекторами различных типов. Нейтрино могут излучаться моноэнергетически (на рисунке вертикальные линии фиолетового и голубого цвета) или иметь непрерывный спектр, суммарные распределения которого очерчены сплошными голубыми и пунктирными черными (для CNO-ветвей) кривыми. Обратим внимание, что поток откладывается в логарифмической шкале, то есть количество нейтрино от He+p реакции почти в тысячу раз меньше, чем от B⁸.

Общее число нейтрино от Солнца с хорошей точностью определяется его светимостью. Если Солнце излучает стационарно - то есть выделение энергии в ядерных реакциях равно количеству энергии, излучаемой с поверхности, то для поддержания общей светимости должно происходить определенное количество превращений 4p в He, с превращением двух протонов в два нейтрона, при которых выделяется ровно два нейтрино. Если считать, что всё энерговыделение происходит в pp-цепочках, то одно из двух нейтрино обязательно относится к превращению протонов 2p®d в дейтерий, а второе может принадлежать либо в ppI-цепочке (то есть буть испущенным в той же реакции p(p,nb⁺)d), либо ppII-цепочке, то есть излучатся в реакции с Be⁷. Отметим, что в обоих случаях, эти "основные" типы нейтрино не должны регистрироваться в экспериментах с хлорным детектором. В эксперименте Дэвиса регистрировались лишь нейтрино от распада ядра B⁸, ветви ppIII. Поэтому в этих экпериментах по-сути проверяется лишь существование областей с относительно высокими температурами, где могли бы образовываться борные нейтрино.

Значительно более содержательны эксперименты с галиевым детектором. Очевидно, в силу чувствительности к низкоэнергетическим нейтрино, мы должны фиксировать в галиевом детекторе некоторый минимальный поток, величина которого определяется светимостью Солнца. Этот минимальный поток очевидно реализовавался бы в случае, если ВСЕ реакции превращения водорода в гелий происходили бы в ppI цепочке. Однако, если регистрируемый поток выше минимально, это значит, что часть нейтрино приходится на альтернативные цепочки ppII и ppIII. Теоретически возможна ситуация, когда есть некоторое количество ppII нейтрино, но практически нет ppIII нейтрино. Однако с принятыми значениями сечений реакций не может быть согласована ситуация, когда есть ppIII. НО нет ppII! (на практике, это означает, что мы наблюдаем некоторый поток в хлорном экперименте, но наблюдаемые величины в галиевом эксперименте недостаточно велики для "хлорного потока"). И уж совсем противоречивой явялется ситуация, когда сумма зарегистрированных "хлорных" нейтрино, переведенная в ожидаемый поток "галиевых", плюс необходимое число pp-нейтрино оказывается больше, чем наблюдаемый "галиевый" поток! (Сегодняшняя ситуация с существующими экспериментами характеризуется именно этим). То есть в паре детекторов хлор-галий, мы имеем дефицит галиевого потока (или избыток хлорных), и это рассогласование не зависит от модельных предположений, или даже от сечений ядерных реакций.

Аналогичная проблема характеризует результаты в паре детекторов вода-хлор. Измеренное на сегодняшний день количество высоко энергетических нейтрино (в детекторах на воде) не совместимо с относительно низким! (сравните с предыдущим противоречием) наблюдаемым потоком хлорных нейтрино.