Вдохновлен статья об IceCube и первых пойманных напрямую генерируемых нейтрино .
Несомненно, это большое достижение нейтринной астрофизики, да и всей физики в целом.
Событие, сравнимое по масштабу с открытием бозона Хиггса, и не менее интересное.
Однако хотелось бы уточнить несколько моментов, описанных как в самой статье, так и в комментариях к ней.
Во-первых, суть процесса
Как говорилось в оригинальной статье, огромное количество детекторных элементов (фотоумножителей) было вморожено в антарктический лед для обнаружения нейтрино высоких энергий.Проблема в том, что нейтрино не имеют заряда, практически не имеют массы и почти не взаимодействуют с веществом.
Как сказал Вольфганг Паули, предсказавший его существование:
Сегодня я сделал что-то ужасное.Однако позже в 1934 году был открыт Излучение Вавилова-Черенкова , описывающая свечение частицы, движущейся со скоростью, большей скорости света в среде (именно в среде, поскольку скорость света в вакууме в классической физике превысить невозможно).Физик-теоретик никогда не должен этого делать.
Я предположил то, что невозможно проверить экспериментально.
Именно этот процесс используется для обнаружения нейтрино, которые хоть и крайне редко, но все же взаимодействуют с веществом, рождая родственные ему лептоны.
Эти частицы забирают львиную долю энергии нейтрино, что позволяет им двигаться в среде с той же скоростью, большей, чем скорость света в среде, и они светятся.
Этот свет свободно распространяется (на короткие расстояния) в воде или льду и регистрируется FЭU.
Типы нейтрино
На данный момент физике известны три типа нейтрино — из трёх типов известных лептонов: электронное, мюонное и тау-нейтрино.Также предсказано (и в некоторой степени подтверждено) существование так называемого стерильного нейтрино — нейтрино с нулевым лептонным числом.
Такая частица не будет участвовать в слабом взаимодействии, а значит, не будет взаимодействовать с веществом и рождать родственные лептоны.
Стерильные нейтрино невозможно поймать черенковским детектором.
Эти стерильные нейтрино изучаются в процессах нейтринные осцилляции — спонтанные превращения нейтрино одного типа в нейтрино другого типа.
Однако для изучения такого процесса нам необходимо знать, какие нейтрино были испущены, а какие достигли места назначения.
По разнице можно сказать, что содержание изменилось в процессе.
Для таких экспериментов используются нейтрино, производимые на ускорителях, поскольку мы знаем, какие частицы мы создали, а какие потом поймали.
Система фильтрации
Детектор направлен вниз и, соответственно, использует в качестве фильтра всю Землю.Это необходимо, поскольку поток космических лучей «сверху» создает огромное количество фоновых событий, за которыми невозможно разглядеть чрезвычайно редкие взаимодействия нейтрино.
Пролетая через Землю нейтрино взаимодействует с веществом, рождая мюон или электрон (в зависимости от типа нейтрино).
Электрон хорошо взаимодействует с веществом и создает мощный, но короткий ливень, который виден в детекторе как яркая точка.
Мюон способен пролететь определенное расстояние сквозь Землю и с помощью эффекта Вавилова-Черенкова создает длинный след, по которому можно определить направление движения частицы.
Мюон также ионизирует вещество на своем пути, создавая небольшие ливни по всему пути.
Интенсивность этих ливней можно использовать для определения энергии нейтрино.
Что касается нейтрино, рожденных в центре Земли, то они рождаются в результате бета-распада, а значит, подавляющее большинство являются электронными (без учета осцилляций).
Кроме того, эти нейтрино имеют гораздо меньшую энергию, что легко различить в детекторе.
А поскольку с ростом энергии сечение взаимодействия увеличивается, они взаимодействуют на много порядков реже.
Нейтринные телескопы
IceCube, конечно, не первый нейтринный телескоп.Их история начинается с детектора ДЮМАНД, установленного у Гавайских островов; работы над ним были прекращены в 1994 году.
Следом шли «Байкал НТ200», американка «Аманда» (предшественник IceCube), европейский «Антарес», греческий «Нестор» и итальянский «Немо».
Но это все маленькие детекторы, на которых были получены очень важные результаты, но их потенциал уже исчерпан.
Да, когда-то Байкальский нейтринный телескоп был первым в мире крупным (на тот момент) детектором нейтрино, работавшим в естественной среде.
И этого не удалось добиться в светлом Советском Союзе.
Телескоп был построен, несмотря ни на что, небольшой группой людей в период с 1993 по 1998 год. Современной физике нужны крупногабаритные детекторы с эффективным объемом порядка кубического километра.
В мире существует только один такой детектор — американский IceCube. Также есть проект унифицированного европейского детектора КМ3НеТ и проект нового Байкальского детектора НТ1000. Однако в Европе кризис, а в России.
в России - ФАНО.
Что уникального в этих 28 нейтрино?
А уникальность – в энергетике.Есть такой эффект Грейзен-Зацепина-Кузьмина , запрещающий обнаружение на Земле космического излучения с энергиями выше 10 19 эВ.
Нейтрино — наш единственный шанс преодолеть эту границу при исследовании Вселенной.
А нейтрино такой энергии – это нейтрино прямой генерации, рожденное где-то далеко, в результате какого-то процесса, возможно, еще совершенно нам неизвестного.
А нейтрино от сверхновой - это нейтрино от известного источника, и сами эти 28 событий покажут нам новые источники, которые мы никогда не сможем увидеть другими способами (по крайней мере, в рамках современного развития науки и техники) .
Россияне не сдаются
Несмотря на то, что создание нейтринного телескопа сложно, дорого и в современных реалиях практически невозможно, Байкальская коллаборация продолжает создавать его установку.Проблема в том, что детектор смотрит сквозь Землю, и в этом плане у нас есть преимущество, которого у американцев никогда не будет. Центр галактики, самой интересной части нашей Вселенной, расположен в южном полушарии.
В этом плане российский проект является конкурентом европейского, а IceCube его дополняет, поскольку смотрит в другую сторону.
Кроме того, (неподвижная) чистая вода Байкала имеет некоторые оптические преимущества перед антарктическим льдом.
А если проект «Байкал» будет завершен, то есть большая вероятность, что полученные данные окажутся даже интереснее, чем у американцев.
Про параллельные измерения и теорию суперструн ничего не скажу, если кому интересно, почитайте «Элегантная Вселенная» Брайана Грина, это самая популярная, понятная и очень качественная книга одного из создателей теории.
Скажу лишь, что имея профильное высшее образование, я мало что оттуда понял.
Теги: #Космонавтика #астрофизика #нейтрино #IceCube #космология #детекторы #нейтринные телескопы
-
Кто Вместо Шмидта?
19 Oct, 24 -
Как Падение Рубля Повлияет На Зарплаты В Ит?
19 Oct, 24 -
Рейтинг Использования Почтового Клиента
19 Oct, 24 -
Доступна Предварительная Версия 0Xdbe 1.0
19 Oct, 24 -
Полезные Проекты Для Разработчиков Xna
19 Oct, 24
