Частинка-привид: нейтрино

Поки ви читали короткий заголовок цієї статті, через ваше тіло безперешкодно пролетіло 10¹⁴ нейтрино.

Приблизно сто років тому фізиків стала турбувати дивна поведінка електронів, що вилітають з нестабільних ядер при бета-розпаді. Експериментальні дані показували, що кінетична енергія цих частинок змінюється в досить широких межах. Водночас з’являлося все більше і більше підстав вважати, що такі ядра втрачають енергію дискретно і одними і тими ж порціями. Але в цьому випадку кожен конкретний вид бета-розпаду начебто повинен генерувати електрони однакової енергії, а цього не відбувалося. Аналогічно виглядало і порівняння кутових моментів, які, по всій видимості, теж не зберігалися.

В принципі, цю аномалію можна пояснити недотриманням фундаментальних законів збереження, але майже всі фізики вважали це надмірною жертвою. Ситуацію врятував Вольфганг Паулі, тридцятирічний, але вже знаменитий професор теоретичної фізики швейцарського Федерального технологічного інституту (ETH) в Цюріху. Як «крайній засіб» (його власні слова) порятунку законів збереження енергії та кутового моменту Паулі припустив, що всередині ядра ховаються електрично нейтральні легкі частинки з половинним спином. Ці гіпотетичні лептони він запропонував називати нейтронами. Згідно з його гіпотезою, саме вони забирають з собою залишок втраченої ядром енергії, тому в кожному акті бета-розпаду сума енергій цієї частинки і електрона повинна бути постійною.

Паулі розумів, що його ідея дуже вразлива для критики. Вперше він повідомив про неї в листі від 4 грудня 1930 року, адресованому фахівцям з радіоактивності, які зібралися в Тюбінгені, особливо підкресливши, що не визнав можливим публікувати свою гіпотезу в науковому журналі. Неформальний характер цього послання виражено навіть у зверненні «Дорогі радіоактивні пані та панове!». Визнаючи, що його припущення виглядає «майже неймовірним», Паулі все ж попросив колег подумати, як виявити гіпотетичну частинку в експерименті.

Нейтрино прийшов у фізику майже на рік раніше діраковського антиелектрона і зовсім іншим шляхом. Поль Дірак зробив висновок про існування електрона з позитивним зарядом, намагаючись знайти розумну інтерпретацію парадоксальних рішень свого рівняння. А нейтрино як суто теоретичне допущення було придумано іншим великим фізиком без будь-якого формально-математичного обґрунтування, в якомусь сенсі — просто від відчаю. Зображення: «Популярна механіка»

Лінгвістичне нововведення Паулі скоро змінило адресата — нейтроном назвали нейтральний аналог протона, відкритий 1932 року Джеймсом Чедвіком. А ось сама ідея виявилася виключно плідною. У 1933-1934 роках італієць Енріко Фермі розробив математичну теорію бета-розпаду за участю частинки, запропонованої Паулі, яку Фермі охрестив нейтрино. При цьому він абсолютно по-новому пояснив її появу. Якщо Паулі вважав, що його гіпотетична частинка присутня в ядрі в готовому вигляді, то Фермі припустив, що нейтрино народжується одночасно з перетворенням одного з внутрішньоядерних нейтронів на протон і електрон. Протон залишається у складі дочірнього ядра зі збільшеним на одиницю атомним номером, а електрон і нейтрино вилітають в навколишній простір. Фермі постулював, що маса нейтрино дорівнює нулю (звідки випливає, що воно володіє світловою швидкістю) і що для його виникнення не потрібні посередники у вигляді будь-яких допоміжних частинок.

Теорія Фермі описує ще один тип бета-розпаду, при якому виникають ядра зі зменшеним на одиницю атомним номером. Вона пояснює цей розпад перетворенням протона на нейтрон, що супроводжується викидом позитрона і нейтрино. Про антинейтрино в його статті прямо не йдеться, але вся її логіка наказує його існування. Оскільки позитрон — античастиця електрону, природно припустити, що нейтрино теж володіє античастицею, прийнято вважати, що при електронному бета-розпаді виникають антинейтрино, а при позитронному — нейтрино (відповідно до положення теорії Дірака, згідно з яким частинки і античастинки завжди народжуються парами). На початку 1950-х була сформульована концепція, яка приписує кожному лептону число 1, а антилептону число -1. При обох типах бета-розпаду ці числа (їх називають також лептонними зарядами) зберігаються: спочатку лептонів немає зовсім, а потім народжуються лептон і антилептон (електрон і антинейтрино або позитрон і нейтрино), і тому лептонне число і до, і після розпаду залишається нульовим.

Нейтрино володіють феноменальною проникаючою здатністю. Ганс Бете і Рудольф Паєрлс того ж 1934 року за допомогою теорії Фермі вирахували, що нейтрино з енергіями порядку декількох МЕВ взаємодіють з речовиною настільки слабо, що можуть безперешкодно подолати шар рідкого водню товщиною в тисячу світлових років! Дізнавшись про це, Паулі під час візиту до Каліфорнійського технологічного заявив, що зробив жахливу річ — передбачив існування частинки, яку взагалі неможливо виявити!

Песимістичний прогноз Паулі спростували в 1955-1956 роках, після того як американські фізики під керівництвом Клайда Коуена і Фредеріка Рейнеса експериментально підтвердили існування нейтрино (за що в 1995 році Рейнес отримав Нобелівську премію, до якої не дожив Коуен).

Джерелом нейтрино для їх експерименту став один з реакторів ядерного комплексу Savannah River в штаті Південна Кароліна. Потужні потоки антинейтрино (10 трлн частинок на 1 см² в секунду!) генерувалися бета-розпадами ядер урану і плутонію. Згідно теорії Фермі, антинейтрино при зіткненні з протоном породжує позитрон і нейтрон (це так званий зворотний бета-розпад). Ці перетворення реєстрували за допомогою обвішаного датчиками контейнера, заповненого водним розчином хлориду кадмія.Практично всі антинейтрино проходили крізь нього безперешкодно, але в окремих випадках все ж взаємодіяли з ядрами водню. Виникаючі позитрони анігілювали з електронами, породжуючи пару гамма-квантів з енергіями близько 0,5 МеВ. Новонароджені нейтрони поглиналися ядрами кадмію, які випускали гамма-кванти іншої частоти. Тривала реєстрація такого гамма-випромінювання дозволила надійно довести реальність нейтрино, про що в червні 1956 року експериментатори сповістили Паулі спеціальною телеграмою.

Коли група Коуена і Рейнеса завершила свій експеримент, фізики вважали, що всі нейтрино однакові. Однак наприкінці 1950-х років теоретики з Радянського Союзу, Сполучених Штатів Америки і Японії припустили, що нейтрино, які супроводжують народження мюонів, відрізняються від тих, що супроводжують електронам і позитронам (ця ідея вперше була висловлена десятиліттям раніше, але потім про неї забули). Так виникла гіпотеза нового, мюонного нейтрино (природно, і антинейтрино). У 1961-1962 роках її підтвердили в Брукхейвенській національній лабораторії, і в 1988 році Леон Ледерман, Мелвін Шварц і Джек Штейнбергер отримали за це Нобелівську премію. Пізніше теоретики зрозуміли, а експериментатори засвідчили, що третій і наймасивніший заряджений лептон, тау-частинка, теж має власне нейтрино. Так що нині фізика має справу з нейтральними лептонами трьох видів — це електронні, мюонні і тау-нейтрино. Кожній лептонній парі відповідає пара кварків (у цьому ж порядку перерахування) — u-кварк і d-кварк, c-кварк і s-кварк, t-кварк і b-кварк.

Чутливі очі

Нейтринні обсерваторії прагнуть запроторити глибоко під землю, під воду або під лід. Кілометрові стіни і дах добре відсівають різні перешкоди, але для всепроникаючих нейтрино навіть тисячі кілометрів породи не створюють значної перешкоди. Японська обсерваторія Super kamiokande розташована на глибині 1000 м у старій цинковій шахті моцумі за 180 км від Токіо. Детектор обсерваторії — сталевий «склянка» з 50 000 т надчистої води і набором з майже 13 000 ось таких надчутливих фотоелектронних множувачів, які відстежують черенківське випромінювання від гальмування породжених нейтрино мюонів у воді.

Існуванням трьох видів нейтрино пояснюються парадоксальні результати визначення щільності потоку нейтрино, народжених у термоядерних реакціях у центрі Сонця. Перший детектор сонячних нейтрино Рей Девіс і його колеги встановили в золотодобувній шахті в штаті Південна Дакота на глибині півтора кілометра в другій половині 1960-х років. Результати їхньої роботи виявилися несподіваними — щільність потоку сонячних нейтрино була як мінімум вдвічі меншою за величину, відповідну модель внутрішньосолонкових процесів (вже добре розробленої і цілком надійної). Згодом нейтринні обсерваторії в Італії, СРСР і Японії підтвердили дані американців і з різним ступенем переконливості показали, що щільність потоку сонячних нейтрино приблизно втричі менша від розрахункової. Слід зазначити, що використаний групою Девіса метод детектування, заснований на нейтринному перетворенні хлору-37 на аргон-37, першим запропонував емігрував у СРСР колега Фермі, італійський фізик Бруно Понтекорво.

Отримані результати намагалися інтерпретувати різними шляхами, але зрештою восторжествувало пояснення, запропоноване понад 40 років тому Понтекорво і Володимиром Грибовим. Згідно з їхньою гіпотезою, електронні нейтрино, що народжуються в надрах Сонця, частково змінюють свою природу і перетворюються на нейтрино мюонного типу. Детектори, про які йшлося, їх не реєстрували (або майже не реєстрували), тому результати і виявилися заниженими. Коли з’ясувалося, що існують три різні нейтрино, стало зрозумілим, чому вимірені показники виявилися втричі меншими від очікуваних.

Експеримент Minos (Main Injector Neutrino Oscillation Search) призначений для спостереження нейтринних осциляцій. По різниці в кількості зареєстрованих мюонних нейтрино з двох детекторів (один в Fermilab, другий — в 720 км від нього, в Міннесоті) можна буде зробити висновок про наявність осциляцій. Зображення: «Популярна механіка»

Непростий характер нейтрино найнадійніше довели співробітники канадської нейтринної обсерваторії Сед-бері (Sudbury Neutrino Observatory). Детектором у них служив встановлений у діючій шахті (на глибині 2 км) контейнер з оргстекла, заповнений тисячею тонн важкої води. Цей нейтринний телескоп робив детектування двома різними методами — один реєстрував лише електронні нейтрино, інший — будь-які. Навесні 2002 року експериментатори оголосили, що другий показник втричі більший за перший. Це означало, що на Сонці народжується потрібна кількість електронних нейтрино, але по шляху до Землі третина з них перетворюється на мюонні, а ще третина — в тау-нейтрино (цей процес називається нейтринною осциляцією).

Наявність осциляцій має справді фундаментальне значення. Вони можливі лише в тому випадку, якщо нейтрино у всіх своїх іпостасях володіють не нульовою масою. Її величина ще точно не вимірена; швидше за все, вона становить частки електрон-вольту, що як мінімум в мільйон разів менше маси електрону. Однак сам факт, що вона все-таки існує, дозволяє пояснити асиметрію між матерією і антиматерією.

Земне походження

Осциляції шукають не тільки в потоках нейтрино позаземного походження, але і в штучно створюваних нейтринних пучках. Такий експеримент, Booster neutrino experiment (boone), йде з 2002 року в Fermilab, де нейтрино отримують за допомогою прискорювача протонів з енергією 8 гев. Нейтрино генерується імпульсами тривалістю в 1,5 мс п’ять разів на секунду. Пучок направляється в детектор — сферичну ємність зі надчистим мінеральним маслом, що містить 15²⁰ надчутливих електронних фотоумножувачів, які і засікають взаємодію нейтрино з речовиною за характерним слідом — конусом черенківського випромінювання. Такі події відбуваються приблизно раз на 20 с (1 млн подій на рік). Аналізуючи положення фотоумножувачів, на які потрапляє світло, фізики можуть визначити частку, що утворилася, — лептон (електрон, мюон або тау), а значить, і тип нейтрино. порівнюючи початкову кількість нейтрино одного типу з кількістю, що залишилася після проходження певної траси, можна зробити висновки про наявність або відсутність нейтринних осциляцій.

Кільця Світло

, який можуть бачити чутливі електронні фотоумножителі, — це черенківське випромінювання. Воно породжується гальмуванням частинок, що виникли при взаємодії нейтрино з речовиною в сферичному резервуарі діаметром 12 м, наповненому 800 т олії. Зображення: «Популярна механіка»

Розповідь про космічні нейтрино виявиться неповною, якщо не згадати, що крім нейтрино високих енергій, народжених в надрах зірок і при вибухах наднових, в космосі є дуже низькоенергетичні нейтрино, що збереглися від епохи Великого вибуху. Розрахункова щільність цих реліктових частинок збігається з щільністю реліктових фотонів, але виявити їх поки неможливо (не існує приладів).

У 1937 році феноменально обдарований італійський фізик-теоретик Етторе Майорана, який рано пішов з життя, опублікував статтю «Симетрична теорія електрона і позитрона». Згідно з його теорією електрично нейтральні частинки і античастинки повністю однакові і тому невідгукнуті один від одного. Нейтрино з цими властивостями виконують ключову роль у теорії, що пояснює космічну асиметрію між матерією та антиматерією.

«Якщо нейтрино володіє нульовою масою, питання про те, відрізняється воно від своєї античастинки або збігається з нею, не має сенсу. А ось наявність маси означає, що можливі обидва варіанти. У першому випадку нейтрино називається дираківським, у другому — майоранівським. І як на цей рахунок розпорядилася природа, поки не відомо, — розповів «Популярній механіці» професор теоретичної фізики Північно-західного університету Андре де Гувеа. — Досі експерименти показували, що лептонні числа суворо зберігаються у всіх ядерних реакціях. Якщо нейтрино є дираківською часткою, цей закон взагалі ніколи не повинен порушуватися. А ось для майоранівських нейтрино він може дотримуватися лише наближено і, отже, допускати порушення. Експериментатори знають навіть, де їх шукають. Є такий внутрішньоядерний процес, подвійний бета-розпад: відразу два нейтрони перетворюються на протони, випускаючи пару електронів і пару антинейтрино. Ці перетворення відбуваються надзвичайно рідко, але все ж трапляються. Зараз багато де намагаються виявити подвійний безнейтринний бета-розпад — перескок ядра на дві позиції правіше по таблиці Менделєєва з випусканням лише одних електронів. І якщо його знайдуть, доведеться погодитися, що лептонне число може не зберігатися і що нейтрино слід вважати майоранівською частинкою «.

Підлідна риболовля Вчені

опускають в отвір глибиною близько 2 км в крижаному панцирі Антарктиди трос з прикріпленими до нього чутливими фотодетекторами, які утворюють нейтринний телескоп AMANDA (Antarctic Muon and Neutrino Detector Array). Земна куля є захисним фільтром для цього телескопа, що реєструє нейтрино з глибин космосу. Зображення: «Популярна механіка»

У всіх експериментах спостерігаються нейтрино, у яких спин протилежний імпульсу, — такі частинки називають лівовинтовими. У антинейтрино спин дивиться в ту ж сторону, що й імпульс, — це правовинтові частинки. Але якщо нейтрино підкоряється рівнянню Майорана, воно може проявити себе в слабких взаємодіях і як частинка з правою орієнтацією. Щоправда, в експерименті подібні нейтринні різновиди не виявлені, але це не фатальна. Можна припустити, що через гігантську масу близько 10¹⁴-10¹⁶ ГЕВ вони народжувалися лише в складі надгір’ячої матерії, що існувала вперше миті після космологічної інфляції. Будучи вкрай нестабільними, вони майже миттєво розпадалися і через прогресуюче охолодження Всесвіту більше не виникали.

І ось тут-то починається найцікавіше. Надмасивні майоранівські нейтрино, або просто майорани, перетворюються на бозони Хіггса і лептони. Коли скоро в цих розпадах не зберігаються лептонні числа, вони можуть породжувати більше електронів, ніж позитронів. Аналогічно, кількість новонароджених легенів нейтрино не зобов’язана збігатися з кількістю антинейтрино. У результаті у Всесвіті з’являється ненульове лептонне число, яке після повного розпаду всіх майоранів практично не змінюється. Цей процес називається лептогенезом.

Велика Аннігіляція

Згідно з загальноприйнятими космологічними теоріями, після виходу з фази інфляційного розширення Всесвіт (його вік становив тоді 10^-34 с) містив абсолютно однакові кількості матерії і антиматерії. Потім мали місце процеси, які повністю звільнили її від антиматерії, але зберегли частину матерії. Таким чином утворилася популяція протонів, нейтронів та електронів, яка в подальшому стала сировиною для виготовлення всіх атомів нашого світу.

Зараз на кожні 5 м³ космічного простору припадає в середньому по мільярду квантів реліктового електромагнітного випромінювання, одному електрону і одному протону, що складається з трьох кварків. Число нейтронів всемеро менше, і у вільному стані вони не зустрічаються. А ось позитрони, антипротони і антинейтрони хоч подекуди і народжуються, але в такій малій кількості, що в космологічних масштабах ними можна знехтувати. Але так було аж ніяк не завжди. Коли вік Всесвіту наблизився до мільйонної частки секунди, на кожен мільярд квантів припадало приблизно 3 млрд антикварків і 3 млрд і 3 кварки. Вони вступили в аннігіляцію, яка «з’їла» всі антикварки, але залишила в живих нікчемну частину кварків, які не знайшли антипартнерів. Уцілілі кварки об’єдналися в протони і нейтрони, на що знадобилося не більше чотирьох-п’яти мікросекунд. Коли вік світобудови досяг однієї секунди, анігілювали і зникли позитрони, які перебували в такому ж нікчемному дисбалансі з електронами. Ось так і виник Всесвіт, в якому щільність антиматерії практично не відрізняється від нуля.

Але якщо дисбалансу по частинках і античастинках спочатку не було, то як же він виник? Фізики і космологи сперечаються про це ось уже кілька десятків років, але досі не дійшли єдиної думки. Однак в останні роки була запропонована теорія, яка начебто більш переконлива, ніж конкуруючі моделі. Як пояснення вона приваблює квантові перетворення, що відбуваються за участю нейтрино дуже високих енергій.

Цим справа не закінчується. Взаємодія між залишилися після розпаду майоранів лептонами надвисоких енергій може призвести до появи кварків і антикварків, які раніше просто не існували. Це вже баріогенез — виникнення баріонів, частинок, які беруть участь у сильній взаємодії. Існують правдоподібні сценарії, в яких дисбаланс лептонів і антилептонів обертається надлишком кварків над антикварками, барионів над антибаріонами. А потім сталася Велика Аннігіляція з усіма її наслідками. Зараз баріогенез через лептогенез — найбільш популярна інтерпретація дефіциту антиматерії в нашому Всесвіті.

«Звичайно, це лише теорія, — пояснює професор де Гувеа. — Ми не знаємо навіть, чи можна вважати нейтрино майоранівської частинки, якщо ця гіпотеза отримає експериментальне підтвердження, то позиції моделі лептогенезу значно зміцняться».

На сьогодні модель за участю майоранівських нейтрино найкраще пояснює таємницю абсолютного переважання матерії над антиматерією в нашому всесвіті, вважає екс-президент Американського фізичного товариства, фізик-теоретик Хелен Квігг зі Стенфордського університету. Вона зазначає, що народження нейтрине при розпаді майоранів дозволяє пояснити їх нікчемну масу — для цього придумана дуже красива теорія, так званий механізм see-saw. Втім, доктор Квігг підкреслила, що ця ідея не може бути перевірена експериментом в осяжному майбутньому. За її словами, не виключено навіть, що ця модель так і залишиться красивою гіпотезою.

Глибинний зв’язок

Спроби запрячи в роботу невловиму (або майже невловиму) частинку — нейтрино — почалися незабаром після її експериментального виявлення. Цю можливість обговорюють і письменники-фантасти, і вчені.

Для передачі інформації на борт субмарини в підводному положенні використовуються діапазони ОНЧ (дуже низькі частоти, одиниці кГц, біля поверхні, до 50 біт/с) і КНЧ (вкрай низькі частоти, десятки Гц, на глибині, 1 біт на хвилину). За оцінкою Патріка Х’юбера з Віргінського політехнічного інституту (Virginia Tech), використання нейтрино дозволить підвищити швидкість передачі інформації до 1-100 біт/с навіть на великих глибинах. Для прийому інформації потрібно буде оснастити підводний човен детекторами мюонів або надчутливими фотодетекторами.

Вперше можливість передачі інформації за допомогою нейтрино висловив в1967 році фізик Мечислав Суботович у польському науковому журналі Postepy Techniki Jadrowej («Кроки ядерної техніки»). Того ж року вийшов роман Станіслава Лема «Голос неба», в основі сюжету якого лежить можливість нейтринного зв’язку.

Група дослідників з Військово-морської дослідницької лабораторії, які опублікували 1977 року в журналі Science статтю «Зв’язок за допомогою нейтринних променів» (Telecommunication with Neutrino Beams), переслідувала більш приземлені цілі. Точніше, підводні, аіменно — забезпечити зв’язок з атомними підводними човнами на бойовому чергуванні. Правда, рівень технологій того часу не дозволяв реалізувати подібну систему на практиці. Але відтоді ця ідея регулярно спливає на сторінках наукових журналів, хоча можливості сучасних мюонних накопичувальних кілець для генерації нейтринних пучків, як і раніше, недостатні для впевненої комунікації. Можливо, що в майбутньому таким способом можна буде досягти швидкості передачі інформації від 1 до 100 біт в секунду.

В останні роки обговорюються і більш екзотичні проекти, наприклад, сфокусованим нейтринним променем просвічувати товщу Землі в пошуках бункерів з ядерною зброєю (і навіть дезактивувати її запаси). Стверджується, що для виконання першого завдання будуть потрібні пучки з енергією частинок у 10 ТЕВ, для другого — близько 1 ПеВ (10¹⁵ еВ). Чи варто згадувати, що і отримання, і націлення таких пучків поки знаходяться далеко за межами сучасних технологій.

Фізик-теоретик з Fermilab Стівен Парк на прохання «ПМ» розповів про кілька зовсім фантастичних нейтринних технологій: «Якщо ми захочемо зв’язатися з цивілізаціями по інший бік нашої Галактики, то цю можливість нам можуть надати тільки нейтринні пучки. Є застосування і на Землі: за допомогою нейтринного телефону можна було б передавати повідомлення з США і Європи в Китай, Японію і Австралію на 15-20 мілісекунд швидше, ніж звичайними каналами, — безпосередньо через товщу Землі, а не по кабелях або супутниковому зв’язку. Фінансові брокери, які мали в своєму ексклюзивному розпорядженні подібний зв’язок, могли б робити величезні гроші! «

Хоча ще недавно здавалося неймовірним, що нейтрино можуть знайти практичне застосування, зараз ця ідея вже не виглядає настільки фантастично. Наприкінці ХХ століття з’явилися детектори, які вимірюють з точністю до 1,5% щільність потужних нейтринних потоків з енергій частинок близько декількох МеВ. Серцевики тепловиділяючих елементів зазвичай виготовляють з суміші урану-235 і урану-238, які в ході ланцюгових реакцій ділення випускають нейтрони і антинейтрино. Ядра урану-238 поглинають нейтрони і перетворюються на ядра плутонію-239, які в свою чергу теж вступають в ланцюгову реакцію і знову-таки стають джерелами антинейтрино. Оскільки інтенсивність вироблення антинейтрино різними ізотопами неоднакова, темпи генерації цих частинок змінюються з плином часу. Безперервний моніторинг щільності нейтринного потоку дає можливість судити про режим роботи реактора і концентрації різних ізотопів в його активному ядрі.

Одна з можливих конструкцій «Фабрики нейтрино» (Neutrino Factory) — каскад прискорювачів, які розганяють протони до енергій близько декількох ГЕВ і направляють їх на ртутну мішень для отримання піонів, які потім розпадаються на мюони. Їх розганяють за допомогою іншого каскаду прискорювачів до енергій в десятки ГЕВ і направляють в накопичувальні кільця, де при розпаді мюонів отримують колімовані нейтринні пучки. Зображення: «Популярна механіка»

Фізики з Ліверморської національної лабораторії і лабораторії «Сандіа» розробили три дослідні зразки компактних детекторів антинейтрино. Їх випробували на південнокаліфорнійській ядерній електростанції San Onofre Nuclear Generating Station (SONGS). Ці лічильники реєстрували реакцію зворотного бета-розпаду, за допомогою якої група Коуена і Рейнеса вперше експериментально підтвердила гіпотезу Паулі.

Перший детектор SONGS1 набув чинності наприкінці 2003 року. Він був заповнений речовиною з високою концентрацією водню, до якого був доданий гадоліній, що виконує ту ж роль, що і кадмій в експерименті Коуена і Рейнеса. Народжені зворотним бета-розпадом позитрони анігілювали з електронами, а супутні нейтрони поглинав гадоліній. Ці реакції тягли за собою парні спалахи гамма-променів. Ці спалахи генерувалися з інтервалом в 30 мікросекунд і реєструвалися за допомогою фотоумножителів. З 10¹⁷ антинейтрино, які щодня пронизували детектор, з протонами сцинтилуючої рідини стикалося всього 4000, і лише 400 з них залишали надійні «підписи». Встановлені в 2007 році детектори SONGS2 і SONGS3 теж містили гадоліній, проте в першому працював сцинтилятор з твердого полімеру, а в другому в цій якості використовувалася надчиста вода. Влітку 2008 року детектори демонтували, і вчені взялися за аналіз отриманих результатів. В даний час творці цих установок разом зі співробітниками Чиказького університету розробляють нейтринні лічильники наступного покоління на аргоні та німеччині. Два таких детектори планується встановити вже в нинішньому році.