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. обʼєктів (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.

Завантажити статтю