Ловушка для ультрахолодного нейтрона

Тот общелабораторный семинар в ЛНФ скучным назвать было никак нельзя -- азарт атакующей аудитории и темперамент докладчика, выбравшего тактику "лучший вид обороны -- нападение", свидетельствовали о явном неравнодушии к обсуждаемому вопросу. Тема семинара -- "Локализация ультрахолодных нейтронов", докладчик -- А.П.Серебров (ПИЯФ, Гатчина). Познакомить наших читателей с предысторией и сутью обсуждаемого вопроса корреспондент О.Тарантина попросила начальника отдела физики ядра ЛНФ В.Н.Швецова, который вместе с сотрудниками и коллегами из Гатчины занимается экспериментами с ультрахолодными нейтронами.

Началась эта история в 1968 году -- с открытием ультрахолодных нейтронов (УХН). А в 1971-72 годах были сделаны первые попытки хранения УХН в вещественных сосудах -- графитовых, стеклянных с различным напылением. Во всех экспериментах, у нас и за рубежом, времена хранения нейтронов оказывались гораздо меньше предсказанных теоретически. Возникла так называемая проблема аномалии. Наиболее ярко она проявилась в нашем, совместном с ПИЯФ, эксперименте на установке КОВШ в 1992 году. В этом эксперименте отношение сечения полных потерь УХН, измеренных экспериментально, к теоретическому значению составило два порядка. Поверхность ловушки была всесторонне проверена на отсутствие веществ с большим сечением захвата и ими объяснить такую разницу было бы нельзя. Таким образом, наличие аномалии было окончательно проявлено и установлено.

После нашего эксперимента ставились разные эксперименты и строятся различные гипотезы, пытающиеся объяснить эту аномалию. В частности, гипотеза А.П.Сереброва, обнародованная на семинаре в ЛНФ, достаточно проста и, по отзывам теоретиков-твердотельщиков из ПИЯФ, кажется настолько очевидной, что удивительно, как она не возникла раньше. Но при всей ее ясности есть и противники гипотезы. Суть гипотезы такова. Рассматривается процесс когерентного рассеяния нейтрона как плоской волны в веществе с присутствием ядра-примеси. На примеси происходит рассеяние, и нейтрон оказывается локализованным, так что вероятность его нахождения вдали от точки, где он некогерентно рассеялся, экспоненциально убывает. Процесс перехода к такому решению волновой функции с точки зрения теоретиков вызывает некоторую критику. Но интересны следствия, вытекающие из этой гипотезы.

Во-первых, А.П. Серебровым было показано, что сечение образования таких локализованных состояний очень велико. Известно, что для обычных веществ значение сечения рассеяния намного больше значения захвата. А согласно гипотезе Сереброва при переходе к ситуации подбарьерного некогерентного рассеяния значения этих величин как бы меняются местами. Поэтому, имея даже небольшое количество примеси внутри, мы вполне можем объяснить аномалию. Во-вторых, эта гипотеза предсказывает некоторую диффузию таких локализованных состояний внутри вещества, и имея его слой конечной толщины, мы можем ожидать, что такие нейтроны проникнут и на другую сторону образца. Наш последний эксперимент в Гренобле, закончившийся 2 мая этого года, обнаружил такое пропускание через очень толстую (по масштабам микромира) фольгу в 56 мкм. Причем, вероятность прохождения оказалась равной 10-7, тогда как квантовая механика разрешает такие прохождения с вероятностью порядка 10-50.