Нейтринна астрономія — Енциклопедія Сучасної України

Нейтринна астрономія

НЕЙТРИ́ННА АСТРОНО́МІЯ – галузь астрономії, що вивчає походження, трансформацію та еволюцію у часі й просторі космічних нейтрино-елементарних частинок, що утворюються у результаті певного типу розпаду радіоактивних речовин або ядерних реакцій. Феноменологічно нейтрино (Н.) як елементарні частинки відносять до стабіл. нейтрал. лептонів із напівцілим спіном, що беруть участь лише у слабкій та гравітац. взаємодіях. Слабка взаємодія створює електронні, мюонні Н. або тау-Н. у поєднанні з відповід. зарядж. лептоном. Хоча Н. вважали безмас­штаб., нині відомо, що є три дискретні маси Н. з різними крихіт. значеннями. Для кожного Н. існує відповідна античастинка (антинейтрино), що також має спін 1/2 та не має електр. заряду. Антинейтрино відрізняються від Н. тим, що мають протилежні знаки лептон. числа та праворучну замість ліворуч. хіральності. Слабка взаємодія стає ефективною на надмалих відстанях, гравітац. взаємодія дуже слабка, тому Н. надзвичайно слабо взаємодіють з речовиною. Зокрема, Н. з енергією 1 МеВ мають у свинці дов­жину вільного пробігу сумірну з 1020см (~ 100 світл. років). Для вивчення фіз. властивостей косміч. Н. застосовують спец. Н.-де­тектори, що розташ. у захищених від зовн. впливу нейтрон. обсерваторіях (будують під землею або під товщею води, щоб ізолювати детектор від косміч. променів та ін. фонових випромінювань). Оскільки Н. дуже слабо взаємодіють з ін. частинками речовини, Н.-детектори мають бути дуже великими, щоб виявити істотну кількість Н. При цьому спец. увагу приділяють відокремленню та верифікації саме потріб. подій взаємодії, їх статист. аналізу. Густина потоку косміч. Н. на поверхні Землі вражає. На кожен квадрат. сантиметр земної поверхні «падають» щомиті десятки міль­ярдів Н. Щоб «зловити» окремі Н. з такого щільного потоку часток, використовують різноманітні детектори. Один із пошир. методів полягає у реєстрації подій взаємодії Н. з атом. ядрами хлору або галію, у результаті яких продукуються відповідно атоми аргону та германію. Як хлорну «мішень», для Н. використовують багато десятків тон чотирихлористого вуглецю – речовини відносно дешевої та поширеної. Ця реакція характерна для реєстрації саме Н., а не антинейтрино, причому стан сучас. техніки такий, що дає змогу «ловити» Н. з енергією понад 1 млн еВ (електроновольт), якщо потік часток не менший від 10 млрд шт. за секунду через кожен квадрат. сантиметр. Нині відомо декілька джерел Н. Перше – ядерні реакції всередині земних атом. станцій. Ядер. реактор є за своєю суттю ефектив. джерелом Н. (реактори потуж. 3 ГВт випромінюють бл. 5Е20 Н. за секунду). Перше детектування Н. здійснили 1956 амер. учені К. Коуен і Ф. Райнес в експерименті з використанням ядер. реактора як джерела Н. Згодом виявилося, що вони детектували антинейтрино. Друге – усере­дині Землі відбуваються ядерні реакції, тому наша планета є розсередженим джерелом Н. Третє – Н., утворені в надрах Сонця та зір. Перші cонячні Н. детектували 1968 амер. учені Р. Девіс і Дж.-Н. Бакал. Енергія, яку випромінює Сонце у вигляді Н., досить велика: кілька відсотків від усієї енергії, котру випромінює світило. Четверте – Н., утворені процесами взаємодії високоенергет. променів з атомами земної матерії. Перші детектування атмо­сфер. Н. датовані 1965 та здійснені майже водночас двома групами. Амер. фізик Ф. Рейнс та ін. використовували сцинциляц. детектор у шахті на тер. Пд. Африки, розташ. на глибині, що відповідає шару води у 8,8 км. Ін. група вчених використовувала детектор в індій. шахті на еквівалент. глибині води в 7,5 км. Також виділяють кілька гіпотет. джерел Н.: генеровані вибухами нових (див. Нові зорі) і особливо наднових (див. Наднові зорі) зір, під час колапсу ядра наднової зорі лише 1 % енергії вивільняється у формі квантів світла та кінет. енергії викинутої матерії, решта ж 99 % енергії вивільняється у вигляді Н.; генеровані процесами в актив. ядрах галактик, процесами злиття косміч. об’єктів (зір, нейтрон. зір та ін.), що супроводжуться вивільненням великої кількості енергії; космол. або релікт. Н. (див. Космологія), їхня щільність майже збігається зі щільністю релікт. фотонів, що відмінно ловляться радіотелескопами у мікрохвил. діапазоні, проблема їхнього детектування у тому, що кінет. енергія таких Н. зовсім невелика.

Літ.: C. L. Cowan, F. Reines, F. B. Har­rison, H. W. Kruse, A. D. McGuire. Detec­tion of the free neutrino: A Confirmation // Science. 1956. Vol. 124; R. Davis, D. S. Har­mer, K. C. Hoffman. A search for neutrinos from the Sun // Phys. Rev. Lett. 1968. Vol. 20; F. Close. Neutrinos. Oxford, 2010; B. Follin, L. Knox, M. Millea, Z. Pan. First Detection of the Acoustic Oscillation Pha­se Shift Expected from the Cosmic Neutri­no Background // Phys. Rev. Lett. 2015. Vol. 115.

Я. В. Павленко

Статтю оновлено: 2021

Покликання на статтю
Я. В. Павленко . Нейтринна астрономія // Енциклопедія Сучасної України: електронна версія [веб-сайт] / гол. редкол.: І.М. Дзюба, А.І. Жуковський, М.Г. Железняк та ін.; НАН України, НТШ. Київ: Інститут енциклопедичних досліджень НАН України, 2021. URL: https://esu.com.ua/search_articles.php?id=72985 (дата звернення: 20.09.2021)