Войти
Нейтринный телескоп Нейтринная астрономия - отрасль астрономии, которая наблюдает за астрономическими объектами с помощью детекторов нейтрино в специальных обсерваториях. Нейтрино образуются в результате определенных типов радиоактивного распада или ядерных реакций, например, тех, которые происходят на Солнце, в ядерных реакторах., или когда космические лучи попадают в атомы. Из-за своего слабого взаимодействия с веществом нейтрино предлагают уникальную возможность наблюдать процессы, недоступные для оптических телескопов.
Нейтрино были впервые зарегистрированы в 1956 году Клайдом Коуэном и Фредериком Райнсом в эксперименте с использованием расположенного поблизости ядерного реактора в качестве источника нейтрино. Их открытие было отмечено Нобелевской премией по физике в 1995 году.
За этим последовало первое обнаружение атмосферных нейтрино в 1965 году двумя группами почти одновременно. Одним из них руководил Фредерик Рейнс, который эксплуатировал жидкостный сцинтиллятор - детектор Case-Witwatersrand-Irvine или CWI - на золотом руднике East Rand в Южной Африке на глубине воды 8,8 км.. Другой был коллаборацией Бомбей-Осака-Дарем, которая работала на индийской шахте на эквивалентной глубине воды 7,5 км. Хотя группа KGF обнаружила кандидатов в нейтрино на два месяца позже, чем Reines CWI, им был дан формальный приоритет из-за публикации своих результатов двумя неделями ранее.
В 1968 году Раймонд Дэвис-младший и Джон Н. Бэколл успешно обнаружил первые солнечные нейтрино в эксперименте Хоумстейк. Дэвис вместе с японским физиком Масатоши Кошиба были совместно удостоены половины Нобелевской премии по физике 2002 г. «за новаторский вклад в астрофизику, в частности, за обнаружение космических нейтрино (другая половина досталась Риккардо. Джаккони за соответствующий новаторский вклад, который привел к открытию источников космического рентгеновского излучения).
Первое поколение проектов подводных нейтринных телескопов началось с предложения Моисея Маркова в 1960 году «... для установки детекторов в глубине озера или моря и определения местоположения заряженных частиц с помощью черенковского излучения."
. Первый подводный нейтринный телескоп начался как DUMAND проект. DUMAND расшифровывается как Deep Underwater Muon and Neutrino Detector. Проект начался в 1976 году, и, хотя он был в конечном итоге отменен в 1995 году, он стал предшественником многих из следующих телескопов в последующие десятилетия.
Байкальский нейтринный телескоп установлен в южная часть озера Байкал в России. Детектор расположен на глубине 1,1 км, его исследования начались в 1980 году. В 1993 году он первым развернул три струны для восстановления траекторий мюонов, а также первым зарегистрировал атмосферные нейтрино под водой.
AMANDA (Антарктическая система детекторов мюонов и нейтрино) использовала слой льда толщиной 3 км на Южном полюсе и была расположена в нескольких сотнях метров от станции Амундсен-Скотт. Отверстия диаметром 60 см были просверлены с горячей водой под давлением, в которые были развернуты колонны с оптическими модулями до повторного замораживания воды. Глубина оказалась недостаточной для восстановления траектории из-за рассеяния света на пузырьках воздуха. Вторая группа из 4 струн была добавлена в 1995/96 году на глубину около 2000 м, что было достаточно для реконструкции пути. Система AMANDA была впоследствии модернизирована до января 2000 года, когда она состояла из 19 гирлянд с 667 оптическими модулями в диапазоне глубин от 1500 до 2000 м. AMANDA в конечном итоге станет предшественником IceCube в 2005 году.
После упадка DUMAND участвующие группы разделились на три ветви, чтобы исследовать глубоководные варианты в Средиземное море. АНТАРЕС был поставлен на якорь на морском дне в районе Тулона на французском побережье Средиземного моря. Он состоит из 12 гирлянд, каждая из которых имеет 25 "этажей", оборудованных тремя оптическими модулями, электронным контейнером и калибровочными устройствами до максимальной глубины 2475 м.
(Средиземноморская обсерватория NEutrino) была разработана итальянскими группами. исследовать возможность создания глубоководного детектора кубических километров. Было найдено подходящее место на глубине 3,5 км примерно в 100 км от Капо Пассеро на юго-восточном побережье Сицилии. В период с 2007 по 2011 год на первом этапе прототипирования тестировалась «мини-башня» с 4 балками, развернутая в течение нескольких недель недалеко от Катании на глубине 2 км. Второй этап, а также планы по развертыванию полноразмерной прототипной башни будут реализованы в рамках KM3NeT.
Проект NESTOR был установлен в 2004 году на глубину 4 км и эксплуатировался. в течение одного месяца до тех пор, пока из-за обрыва кабеля на берег он не будет отключен. Полученные данные по-прежнему успешно продемонстрировали функциональность детектора и позволили измерить поток мюонов в атмосфере. Доказательство концепции будет реализовано в рамках KM3Net.
Второе поколение проектов глубоководных нейтринных телескопов достигает или даже превышает размеры, первоначально задуманные пионерами DUMAND. IceCube, расположенный на Южном полюсе и включающий его предшественник AMANDA, был завершен в декабре 2010 года. В настоящее время он состоит из 5160 цифровых оптических модулей, установленных на 86 гирляндах на глубинах от 1450 до 2550 м во льдах Антарктики. KM3NeT в Средиземном море и сейчас находятся на стадии подготовки / прототипирования. IceCube инструменты 1 км льда. ДГС также планируется покрыть 1 км, но при гораздо более высоком энергетическом пороге. KM3NeT планируется покрыть несколько километров. И KM3NeT, и GVD могут быть завершены к 2017 году, и ожидается, что все три сформируют глобальную нейтринную обсерваторию.
В июле 2018 года нейтринная обсерватория IceCube объявила, что они проследили чрезвычайно - высокоэнергетические нейтрино, которые поразили их исследовательскую станцию в Антарктиде в сентябре 2017 года, вернувшись к своей точке происхождения в блазар TXS 0506 + 056, расположенный в 3,7 миллиарда световых лет в направлении созвездия Ориона. Это первый случай, когда детектор нейтрино был использован для определения местоположения объекта в космосе и что был идентифицирован источник космических лучей.
Поскольку нейтрино очень редко взаимодействуют с веществом, огромного потока солнечных нейтрино, несущихся через Землю, достаточно, чтобы произвести только одно взаимодействие для 10 целевых атомов, и каждое взаимодействие производит только несколько фотонов. или один трансмутированный атом. Наблюдение нейтринных взаимодействий требует большой массы детектора, а также чувствительной системы усиления.
Учитывая очень слабый сигнал, источники фонового шума необходимо уменьшить, насколько это возможно. Детекторы должны быть защищены большой массой экрана, поэтому они должны быть сконструированы глубоко под землей или под водой. Они регистрируют восходящие мюоны во взаимодействиях мюонных нейтрино заряженного тока. Вверх, потому что никакая другая известная частица не может пересечь всю Землю. Детектор должен иметь глубину не менее 1 км, чтобы подавить мюоны, движущиеся вниз, и быть подверженным неснижаемому фону внеземных нейтрино, взаимодействующих в атмосфере Земли. Этот фон также обеспечивает стандартный источник калибровки. Источники радиоактивных изотопов также необходимо контролировать, поскольку они производят энергичные частицы при распаде. Детекторы состоят из массива фотоэлектронных умножителей (ФЭУ), размещенных в прозрачных сферах давления, подвешенных в большом объеме воды или льда. ФЭУ регистрируют время прихода и амплитуду черенковского света, испускаемого мюонами или каскадами частиц. Затем траекторию обычно можно восстановить с помощью триангуляции, если для обнаружения событий используются не менее трех «цепочек».
Когда астрономические тела, такие как Солнце, изучаются с помощью света, можно непосредственно наблюдать только поверхность объекта. Любой свет, производимый в ядре звезды, будет взаимодействовать с частицами газа во внешних слоях звезды, и потребуется сотни тысяч лет, чтобы добраться до поверхности, что делает невозможным прямое наблюдение ядра. Поскольку нейтрино также создаются в ядрах звезд (в результате слияния звезд ), ядро можно наблюдать с помощью нейтринной астрономии. Были обнаружены и другие источники нейтрино, такие как нейтрино, испускаемые сверхновыми. В настоящее время существуют цели по обнаружению нейтрино от других источников, таких как активные ядра галактик (AGN), а также гамма-всплески и галактики со вспышками звездообразования. Нейтринная астрономия также может косвенно обнаруживать темную материю.
СМИ, связанные с нейтринной астрономией на Wikimedia Commons