Солнца. Это решение оказалось ключевым: физика нейтрино перестала рассматриваться как любопытный побочный эффект бета-распада и стала полноправной областью исследований физики элементарных частиц.

Дэвис сотрудничал с молодым физиком-теоретиком Джоном Бакалом, который провел сложные расчеты, чтобы предсказать скорость образования солнечных нейтрино. К 1964 году они опубликовали статьи со своими планами. Они были уверены, что смогут улавливать солнечные нейтрино, возможно, по 10 или 20 штук в неделю, но для этого потребуется эксперимент в 100 раз больший, чем их и без того огромная версия, – перспектива настолько амбициозная, что она попала в журнал Time еще до того, как была профинансирована.

В 1965 году в глубине шахты Хоумстейк в Южной Дакоте была вырыта огромная пещера. В ней команда Дэвиса и Бакала соорудила резервуар объемом 380 тысяч литров и наполнила его жидкостью для химчистки, привезенной на 10 железнодорожных вагонах. Благодаря невероятной настойчивости и тщательно проделанной химической работе этот титанический труд окупился. Собрав несколько десятков радиоактивных атомов аргона, Дэвис смог доказать существование солнечных нейтрино. Проблема заключалась в том, что он нашел только примерно треть от того числа нейтрино, которое предсказал Бакал. Они проверили расчеты, но не нашли никаких ошибок. Дэвис вернулся к работе и продолжал собирать данные еще почти 20 лет. Все это время загадка оставалась неразрешенной: наблюдалось странная нехватка солнечных нейтрино.

Проблема солнечных нейтрино поставила вопрос: были ли расчеты неверными? Неужели физики неправильно поняли, как Солнце вырабатывает энергию? Или же тут что-то не так с нейтрино? Неужели Солнце перестало вырабатывать энергию, и мы, напрямую зависящие от нее, в опасности? В конце концов на первый план вышла теория о том, что нейтрино превращались во что-то другое или исчезали между Солнцем и Землей. Идея, что нейтрино ведут себя таким довольно странным образом, была предложена Понтекорво еще в 1957 году[212], но долгое время не воспринималась всерьез. Именно этот вопрос побудил Арта Макдональда и около 100 других сотрудников построить Нейтринную обсерваторию в Садбери (SNO – Sudbury Neutrino Observatory).

Макдональд, родом из Новой Шотландии в Канаде, рано заинтересовался математикой и физикой, а затем получил докторскую степень по ядерной физике в Калтехе в 1969 году. Он оставил профессорскую должность в Принстоне, чтобы вернуться в Канаду в 1989 году и руководить SNO. Под его руководством SNO был построен на глубине более чем в 2 км под землей в никелевой шахте в Онтарио. Этот грандиозный эксперимент под управлением 100 коллег Макдональда проводился с 1999 по 2006 год. Такааки Кадзита провел аналогичный эксперимент под названием «Супер-Камиоканде» в цинковой шахте в Японии. Эти два опыта приведут к получению общей Нобелевской премии по физике в 2015 году.

SNO – это, по сути, огромное подземное стерильное помещение. К счастью, вы можете посетить его виртуально[213], избавив себя от неудобств реального посетителя или ученого, который должен принять душ, переодеться, а затем пройти через воздушный душ, чтобы грязь из шахты не попала в чувствительное оборудование. Внутри все кажется довольно аскетичным: просто голые останки шахты, превращенной в лабораторию. Диспетчерская состоит из пяти компьютерных мониторов на нескольких столах, расположенных рядом с несколькими стеллажами, забитыми оборудованием. Кабельные лотки и трубы уходят высоко вверх по стене. Если бы не порода, можно было бы забыть, что эксперимент проводится на глубине почти в 2000 метров под землей. Табличка на стене напоминает ученым: «Безопасность и качество. Всегда». Посетители могут виртуально пройти из диспетчерской по коридору и через помещение, полное оборудования. Затем они попадают к самому детектору.

Практически подвешенные внутри пустого детектора, вы чувствуете себя так, словно попали в вывернутый наизнанку зеркальный шар. Со всех сторон вас окружают 9600 фотоэлектронных умножителей золотистого цвета. Даже через экран компьютера калейдоскопическая красота гигантской – диаметром 12 метров – геодезической сферы захватывает дух. Мужчина, одетый в синий комбинезон и оранжевую каску и стоящий напротив, кажется почти карликом на фоне установки. Виртуальная экскурсия проводилась, когда детектор был пуст, но обычно все эти золотые детекторы должны были играть роль глаз, вглядывающихся в тысячи тонн тяжелой воды, позаимствованной у канадского парка ядерных реакторов, стоимостью в баснословные 300 млн канадских долларов.

Самая дикая идея оказалась правильной. Существует три типа нейтрино, и все они объясняются нейтринными осцилляциями: то есть нейтрино, рожденное как, скажем, электронное нейтрино, колеблется между своим исходным состоянием и двумя другими типами – мюонными нейтрино и тау-нейтрино. Эксперимент Дэвиса был чувствителен только к электронным нейтрино, поэтому солнечные нейтрино других типов оставались незамеченными, объясняя нехватку двух третей предсказанного количества. Первое доказательство этой идеи пришло от японского детектора Кадзиты «Супер-Камиоканде»[214] в 1998 году, состоящего из 50 000 тонн сверхчистой воды в резервуаре на глубине 1000 метров под землей, где 13 000 фотоэлектронных умножителей отслеживали вспышки света, возникающие непосредственно в результате взаимодействия нейтрино. Результаты Кадзиты подтвердили идею о том, что атмосферные нейтрино, создаваемые космическими лучами, в полете переходят из одного типа в другой. Это все еще не совсем решило проблему солнечных нейтрино, поскольку ученые не рассматривали нейтрино, исходящие от Солнца. Наконец, 18 июня 2001 года Арт Макдональд и команда SNO объявили, что их красивый детектор золотистого цвета продемонстрировал наличие нейтринных осцилляций, разгадав тайну пропавших солнечных нейтрино, которые Рэй Дэвис наблюдал почти пятьдесят лет назад.

После церемонии вручения Нобелевской премии в Стокгольме в 2015 году Макдональд посетил многие институты, которые сделали эту победу возможной. Среди них был Оксфорд, где он праздновал вместе со своими многочисленными коллегами в отделанной деревянными панелями столовой Мэнсфилд-колледжа. Хотя я не занимаюсь физикой нейтрино, мне посчастливилось присутствовать на этом мероприятии. Между основным блюдом и десертом Макдональд взял слово. «Никто не сталкивается с нейтрино в повседневной жизни, – сказал он. – Может быть, однажды нейтрино изменит один из ваших атомов, и вы даже не узнаете об этом». Теперь мы знаем, что нейтрино – это самая распространенная частица во Вселенной, которая нам известна. Десятки миллиардов из них проходят через вас каждую секунду, но их очень-очень трудно обнаружить. SNO – это невероятный пример того, на что физики элементарных частиц готовы пойти, чтобы понять такие неуловимые частицы, как нейтрино.

Благодаря экспериментам Макдональда и Кадзиты мы теперь знаем, что нейтрино могут менять тип с течением времени и расстояния. Все это кажется очень странным. Возможно, лучшая аналогия, которая описывает это явление, была предложена Эмили Коновер из Чикагского университета[215], которая сравнивала нейтрино с Золушкой, отправляющейся на бал в своей карете. Она начинает свой путь в чем-то, что определенно похоже на карету,