אסטרונומיה נייטרינו צעירה מאוד - היא רק בת כשני עשורים. מדענים סבורים כי חקר החלקיקים הקטנים והקשים ביותר לזיהוי יכול לספק לנו מידע חדש על אובייקטים גדולים בהרבה שלא היינו יכולים להשיג אחרת.
נייטרינו הם אחד החלקיקים שחזו הפיזיקאים עוד לפני גילוי ניסיוני. יש בפיסיקה של חלקיקי יסוד מושג כזה כמו "ריקבון בטא", שבו גרעין האטום פולט חלקיק β, כלומר אלקטרון המוכר לנו היטב. התופעה עצמה התגלתה בסוף המאה ה -19, ובשנת 1914, ג'יימס צ'אדוויק (מגלה העתיד של הנויטרון) תיעד את ספקטרום האנרגיה שלו. התברר כי האלקטרונים המתקבלים נפלטים לחלל, נושאים כל אנרגיה קינטית, וככלל פחות מהצפוי.
זה היה אתגר רציני עבור המוחות המדעיים: האנרגיה נעלמה לכיוון לא ידוע. חוק שימור האנרגיה, הבסיס ליסודות הפיזיקה המודרנית, הוטל בספק.
בשנת 1930 הציע וולפגנג פאולי מודל ריקבון, וכתוצאה מכך, בנוסף לאלקטרון, נוצר חלקיק נוסף. היא סחפה את עודף האנרגיה. לענות על השאלה "מדוע חלקיק זה טרם התגלה על ידי הנסיינים?" הוא נדרש להניח שהוא כמעט ואינו מתקשר עם החומר.
כנראה שזה היה רעיון נועז מאוד, ולכן פאולי הציג אותו לא במאמר בכתב עת, אלא במכתב פתוח למשתתפי הסימפוזיון בטובינגן. כמה שנים לאחר מכן, אנריקו פרמי פיתח תיאוריה נרחבת של ריקבון β. הוא גם הכניס את השם המודרני למחזור: "נייטרינו" באיטלקית פירושו "נויטרון קטן". פאולי עצמו כינה את החלקיק נויטרון, אך שם זה הוקצה מאוחר יותר לחפץ אחר של המיקרו -עולם. הוא גם טען עם חברו, האסטרונום ו 'באדה, על בקבוק שמפניה, כי החלקיק הצפוי לא יתגלה בניסוי במהלך חיי המתווכים. לא ברור כיצד הוא תכנן לקבל את הזכיות, אך בכל מקרה, הוא הימר. נייטרינו תועד לראשונה בשנת 1953, ופאולי מת כעבור חמש שנים. ההיסטוריה שותקת אם הוא קנה שמפניה לחברו.
אובייקט לימוד
נייטרינו הוא חלקיק קטן מאוד. עד לאחרונה לא היה ברור כלל אם יש לה מסת. בשנים האחרונות התברר שיש, אבל קטן מאוד. ערכו המדויק אינו ידוע בשלב זה, וההערכות הזמינות באופן כללי מסתכמות בכך שהניטרינו קלים בכ -10 סדרי גודל מפרוטון. משקלו של חגב (כגרם אחד) מתואם בערך באותו אופן לעקירה של נושאת המטוסים הגרעיניים המודרניים ג'ורג 'בוש (כ -100 אלף טון).
לחלקיק אין מטען חשמלי או כמעט ואין - ניסויים עדיין לא נתנו תשובה חד -משמעית, ומכל האינטראקציות הפיזיות הבסיסיות, הוא משתתף באופן מהימן רק בחלשות וכבידה.
הנייטרינו מחולקים לשלושה דורות (בספרות יש וריאציות של ייעוד זה, כגון "טעמים"): אלקטרון, מיון וטאו נייטרינו. הם בדרך כלל רשומים בספרים חכמים בסדר זה, וזה אינו מקרי - כך מוצג רצף הפתיחה שלהם. בנוסף, ישנם גם אנטיאוטרינו - חלקיקים משלושה סוגים שונים, המתאימים לאלה "רגילים". נייטרינים מדורות שונים יכולים להפוך באופן ספונטני זה לזה. מדענים מכנים זאת "תנודות נייטרינו" וזכו בפרס נובל לפיזיקה לשנת 2015 על גילוים.
קיימת השערה כי בנוסף לשלושת הדורות המפורטים של נייטרינו, ישנו גם נייטרינו רביעי - סטרילי, שזכותו היא אי השתתפות באינטראקציות חלשות. אולי הם אלה המרכיבים את החומר האפל שטרם גילינו. לא ידוע אם אכן קיימים נייטרינו כזה, אך אם הם קיימים, אזי הגילוי שלהם מבטיח להיות משימה לא שגרתית באמת.
מה הם?
נייטרינו הם תוצאה של תגובות גרעיניות (ותרמו -גרעיניות, לא נפריד ביניהם). יש הרבה כאלה, חמקמק. על פי החישובים של פיזיקאים תיאורטיים, לכל גרעין (כלומר פרוטון או נויטרון) ביקום, ישנם כ -109 נייטרינו. אף על פי כן, החיים ב"מרק "הזה, איננו מבחינים בו כלל. חלקיקים עוברים דרכנו כאילו איננו שם.
אם נייטרינו קורה מתי שהוא עף דרך קיר עופרת, אז המסלול החופשי של חלקיק בו יהיה בממוצע 1015 ק"מ. המרחק הזה הוא די גלקטי בקנה מידה - מהכוכב שלנו למרכז הגלקסיה גדול פי עשרה בלבד. כמובן, ערך כזה פירושו רישום של נייטרינים בודדים בגלאי בגדלים אפשריים מבחינה טכנית הוא ריאלי אם יש חלקיקים רבים. תנו לאחד מהם להיתקל. זה לא מפתיע אם מתחשבים במספרם האמיתי. אז, על כדור הארץ, בערך 6x10 טס בכל סנטימטר מרובע של שטח בכל שנייה6 נייטרינו נוצר על השמש. והסטטיסטיקה הרגילה של אירועי נייטרינו לגלאים מודרניים, בגודל של יותר מסנטימטר, היא כמה או עשרות הראשונות בשנה.
כוחם החודר העצום של הנייטרינים, בנוסף לקשיים ברישום, פירושו גם יתרונות ברורים. נייטרינו הוא חלקיק שעף ישירות מהמקום בו הוא נוצר, מבלי לסטות לשום מקום. ברוב המקרים ניתן לקבוע דיוק מסוים של כיוון ההגעה, ועל פי אנרגיית הניטרינו לעתים קרובות (אך לא תמיד) ניתן לומר לאיזו תגובה התגלה החלקיק. הראשון במאפיינים אלה מבדיל לטובה את הנייטרינו מכל החלקיקים הקוסמיים האחרים, אשר בדרכם אלינו מושפעים מגורמים חיצוניים בצורה של שדות מגנטיים וכבידה, כמו גם מחומר אטום להם.
קשיים וקסמים
גלאים מודרניים אינם רושמים נייטרינו בעצמם - זה עדיין לא אפשרי. מושא הרישום הוא תוצאות האינטראקציה של החלקיק עם החומר הממלא את הגלאי. הוא נבחר כך שנייטרינו בעלי אנרגיות מסוימות המעניינות את המפתחים מגיבים איתו. מכיוון שאנרגיית הנייטרינו תלויה במנגנון היווצרותם, אנו יכולים להניח שהגלאי מיועד לחלקיקים ממוצא מסוים.
כאן אנו רואים אנלוגיה לאסטרונומיה ה"אלקטרומגנטית "שאנו רגילים אליה. טלסקופ אופטי אפילו מבחינה ויזואלית שונה מאחיו ברדיו, שניהם מטלסקופ רנטגן וכו '. ההבדל בולט אף יותר מאשר במקרה ה"נייטרינו ", שבו כל המכשירים נראים דומים רשמית. אולם ההקבלה אינה נכונה לחלוטין - נייטרינונים בעלי אנרגיות שונות נוצרים במהלך התהליכים המתרחשים בגופים שמימיים שונים, וגלים בתדרים שונים - באותם.
תכונה משותפת של כל טלסקופי הניטרינו המודרניים היא האמצעים שמטרתם להגן על הציוד מפני כל החלקיקים הזרים. נייטרינים, למרות שיש הרבה מהם בטבע, מזוהים לעתים רחוקות מאוד על ידי גלאים. כל רעש זר מחלקיקים קוסמיים או יבשתיים כנראה יטביע אותם. לכן המיקום הסטנדרטי של מצפה כוכבים נייטרינו הוא במכרה או, במקרים מסוימים, מתחת למים, כך שהשכבה העליונה חוסמת קרינה מיותרת. גם שכבה זו נבחרה בקפידה - סלעים, למשל, צריכים להיות כמה שפחות רדיואקטיביים. גרניט לא יעבוד עבורנו, וגם לא חרס. מיקום טוב לגלאי הוא מכרה גיר נקי.
דרישה חשובה נוספת היא להיות רחוק ככל האפשר מתחנות הכוח הגרעיניות.כור גרעיני פועל הוא מקור רב עוצמה לאנטינוטרינים, מיותרים במקרה זה.
הכיוון הטוב ביותר למצפה נייטרינו הוא קבלת חלקיקים מלמטה דרך כוכב הלכת שלנו. עבור נייטרינו זה שקוף, לכל השאר זה לא. מעין פילטר טבעי.
גלאים מודרניים קובעים אירוע נייטרינו לפי "האפקט ההרסני" שלו. כאשר חלקיק חמקמק בכל זאת מתקשר עם חומר הגלאי, הוא גורם להרס הגרעין האטומי המקורי עם היווצרות חלקיקים אחרים. לאחר מכן הם נמצאים בגלאי. כדי לגרום לתגובה כזו, על נייטרינו להיות בעל אנרגיה משלו שאינה נמוכה מרמה מסוימת הנדרשת לגלאי נתון. לכן, לטכנולוגיה המודרנית תמיד יש גבול תחתון - היא רושמת נייטרינים עם אנרגיות מעל רמה מסוימת. בסדר זה נשקול אותם.
רסיסי המפץ הגדול
פעם היקום היה קטן ואטום מאוד. החומר העתידי בו היה ממוקם כל כך צפוף שאפילו נייטרינו לא יכלו לעוף דרכו. עידן זה נמשך, על פי מושגים סטנדרטיים, לזמן קצר מאוד: כ 1-3 שניות. אז החלל הפך לגדול למדי, תוכנו הונח בחופשיות רבה יותר, ומאז ועד היום היקום שקוף כמעט לניטרינו.
במהלך המפץ הגדול והאירועים שבאו בעקבותיו, חלקיקים רבים שלנו נוצרו, סביר להניח שזהה בערך למספר הפוטונים. האחרונים, המהווים כיום קרינת שרידים, נמצאים בשפע סביבנו. אם אתה סופר בחלקים, אז יש בערך פי מיליארד יותר מהם מאשר פרוטונים עם נויטרונים.
בדומה לפוטונים, גם הנייטרינים התקררו בהדרגה כאשר היקום התרחב, וכעת הטמפרטורה שלהם היא בערך 3-4 K. ליתר דיוק, זה אמור להיות כך, אך זה עדיין לא אומת.
ההבדל המהותי בין פוטוני רליק לבין נייטרינו רלקטי הוא שהראשונים מוכרים בקלות על ידי הטכנולוגיה המודרנית, ואילו האחרים אינם. אנחנו מדברים על נייטרינו באנרגיה נמוכה במיוחד, ואיזה סוג גלאי יכול "לתפוס" אותם היא שאלה גדולה. הטכנולוגיה המודרנית אינה מסוגלת להישג שכזה, ובין אנשי מקצוע סבורים כי היא לא תתקיים לפחות עד סוף המאה הזו.
בשנת 2010 דווח על צוות מדענים מהמכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס שניסה לזהות נייטרינו של שרידים על ידי התבוננות בדעיכת גרעיני הטריטיום. האיזוטופ הזה של מימן הוא מאוד לא יציב, וכדי "לדחוף" את הגרעין שלו להתפרק, מספיקה ההשפעה של כל חלקיק עם אנרגיה אפסית. שלא לדבר על העובדה שהוא יכול להתפרק מעצמו, ללא כל השפעה חיצונית (מחצית חיים - 12 שנים). עקוב אחר האנרגיה של השברים המתקבלים וזכור את חוק שימור האנרגיה, ניתן להבחין ביניהם כאלו שהתקבלו מגרעינים שהתפרקו באופן ספונטני, ואלו שהופעלו על ידי כמה כוחות חיצוניים. במקרה של גלאי מוגן היטב, אלה יהיו ברוב המקרים נייטרינו. ניתן לחלק את האחרונים לניטרינים בעלי אנרגיה גבוהה, שאנו כבר יודעים עליהם כל כך, ולניטרינים בעלי אנרגיה נמוכה-השרידים הנדרשים.
הכל יהיה בסדר, אך לצורך יישום הרעיון הזה יש צורך בטכניקה שהיא רגישה -על לזמנים של היום. מן הסתם, מסיבה זו לא התקבלו בשנים האחרונות ידיעות על טריטיום מתפורר. זה מצער - גילוי נייטרינו רדיקלי והאפשרות לספור אותם לפחות באופן גס יעזרו מאוד לקוסמולוגים להבין כיצד נוצר היקום.
נייטרינו סולארי
למען האמת, הכוכב שלנו הוא מקור לאותם נייטרינו בדיוק כמו כל כוכב אחר. ההבדל העיקרי הוא שהשמש קרובה הרבה יותר, מה שאומר שיש סביבנו הרבה יותר נייטרינו סולארי. בהתאם לכך, הסבירות לגילוים גבוהה בהרבה. האנרגיות של החלקיקים המבוקשים נמצאות בטווח של מאות keV לעשרות MeV.
נייטרינו אלה התגלו לראשונה בשנת 1967 בגלאי ששכן במכרה הזהב לשעבר Homestake בדרום דקוטה.
פעולתו של גלאי נייטרינו זה התבססה על שיטת הכלור-ארגון: הגלאי היה מיכל שלוש מאות ושבעים ליטר הממוקם בעומק של 1400 מ 'ומלא בטטרכלוריד (C2Cl4). בנוסף לאיזוטופ ה"רגיל " 35Cl כלול גם 37Cl, שבאינטראקציה עם נייטרינו הפך לארגון רדיואקטיבי (37Ar) עם מחצית חיים של 5 ימים. אז הציוד הציוד מתפורר, על פי העובדה שנקבע זיהוי נייטרינו. דרך יומרנית שכזו הייתה בלתי נמנעת כאשר השתמשו בטכנולוגיה של אותה תקופה עם דיוק המדידה שלה, אבל זה היה מאוד לא רציונלי. פגיעת הניטרינו בגלאי נרשמה הרבה אחרי העובדה עצמה ובצורה שלא אפשרה לקבוע את הכיוון שאליו טס החלקיק.
כעת החיפוש אחר נייטרינו סולארי מתבצע במספר מצפה כוכבים. המפורסם שבהם הוא מצפה הכוכבים בורקסינו נייטרינו באיטליה. נדבר על זה, על אחת כמה וכמה שכן העיצוב שלו אופייני בהרבה מובנים.
גלאי המצפה ממוקם בעומק של 1400 מ 'במנהרה מתחת לגוש גראן סאסו. מסת הסלע מעל התחנה מבחינת כושר ההקרנה שוות ערך ל -3.8 ק"מ של מים.
ההתקנה היא רב שכבתית. בחוץ כיפת פלדה מלאה 2,100 טון מים אולטרה טהורים. עוביו נצפה על ידי צינורות מכפיל פוטו וממלא את התפקיד של נתיך נגד קרינה קוסמית. מעט מיונים קוסמיים יחסית שהצליחו להתגבר על מסת סלע, נופלים למים, נעים מהר יותר ממהירות האור בו (שימו לב שאנו מדברים על מהירות האור במדיום מסוים, במקרה זה, במים). המשמעות היא שאנרגיית החלקיקים מושקעת על קרינת צ'רנקוב בטווח האופטי. לאחר שזיהה את הבזק, המכשיר האוטומטי מכבה את מערכת האיתור למשך שתי אלפיות השנייה, ומונע התראות שווא.
זה לא רעיון חדש, ההגנה מפני חלקיקים קוסמיים מסודרת בערך באותו אופן בניסוי הראשון לאיתור נייטרינו בשנת 1953.
ליבת המתקן היא מיכל פלדה עגול (13.7 מטר קוטר) עגול מלא בנוזל נוצץ (כלומר זוהר כאשר חלקיקים מייננים פוגעים). מספר הפוטונים הנפלטים במהלך הבזק הוא פרופורציונאלי לאנרגיה הנספגת, כך שעל ידי ספירת הפוטונים תוכלו לקבוע את אנרגיית החלקיקים. כדי לאסוף אור, 2212 מכפילי פוטו מותקנים על המשטח הפנימי של הכדור.
השכבה החיצונית של הנצנץ (2, 6 מטר) פועלת כמסך נוסף, החוסמת קרינה מפלדה, המכילה בהכרח כמות מסוימת של יסודות רדיואקטיביים.
השכבה הבאה של "הבצל" היא כדור ניילון בקוטר 8.5 מטר, שבתוכו יש 278 טון של נוזל נוצץ. מכיוון שניילון מכיל גם יסודות רדיואקטיביים, רק הבזקים הניתנים לזיהוי ברדיוס של שלושה מטרים ממרכז המלכודת נכללים ב"ספירה הכוללת ". הוא האמין כי ההסתברות לחדירת חלקיקים זרים לשם כבר אינה גבוהה במיוחד.
הנצנץ עצמו מנוקה היטב, וכתוצאה מכך תכולת האורניום והתוריום בו היא כ -10-18 y / y. זה מאוד קטן. לשם השוואה, טון של כל חומר טבעי (כולל נצנץ לא מטוהר) מכיל בדרך כלל בין 0.1 ל -1 גרם אורניום וטוריום.
טלסקופי הניטרינו הנמצאים בשימוש כיום עשויים להשתנות במידה ניכרת בפרטים, אך קווי המתאר הכלליים שלהם זהים בערך: צינוק ועיצוב "בצל" המספק מיגון מכל הצדדים.
מצפה הכוכבים בורקסינו נבנה כדי "לתפוס" נייטרינו סולארי עם אנרגיות של כ -870 keV, שנוצרו במהלך ריקבון הבטא ההפוך של בריליום במהלך אחת התגובות שחזו תיאורטיקנים. כפי שנקבע על ידי מדידות, תגובה כזו מתרחשת למעשה בפנים השמש.
רמת דיכוי ההפרעות שהושגה אפשרה לעבור לרישום של ניטרינים של אנרגיות נמוכות יותר - מאפס ל -420 keV. חלקיקים כאלה נוצרים כאשר שני פרוטונים משתלבים ויוצרים את הגרעין של אטום דוטריום. יש הרבה יותר מהם, אך גם ההפרעות חזקות יותר בטווח זה. בגלל זה, נתוני נייטרינו כמעט ולא נרשמו עד כה. התברר שמספרם האמיתי (66 ± 7 מיליארד נייטרינו לסנטימטר מרובע לשנייה) תואם היטב את התחזיות (60 מיליארד). מדובר כמובן בנתונים מחושבים; במציאות, המתקן רשם בממוצע 144 נייטרינו לכל 100 טון מסה משלו ליום.
אפשר לשאול, עד כמה כל זה חשוב אם התיאורטיקנים ניבאו הכל נכון בכל מקרה? למרבה הצער, אי אפשר להסתכל ישירות אל מעמקי השמש, אפשר רק להתבונן בחלקיקים הנפלטים מהם. מודלים תיאורטיים, כמובן, הם דבר טוב, אך הם יכולים להיות שונים, ובמקרה זה עליך לבחור ביניהם. בכל רגע, כל אחד מהם עלול להתברר כשגוי, ואז יהיה צורך להסביר את התמונה האמיתית איכשהו. זה כבר קרה עם שטף הניטרינו השמש, שמדידותיו הראשונות הראו שצפיפותו שונה בערך פי שלוש מהצפוי. כתוצאה מכך התגלו תנודות נייטרינו, הדורשות נוכחות של מסה בניוטרינו, מסה זו מובילה אותנו באופן הגיוני להנחה על קיומם של נייטרינים סטריליים, ואלו (אם יש כאלה) עלולים להתברר כחומר אפל.
חייזרים מעי כדור הארץ
גיאופיזיקה נייטרינו היא לא פורמאלית הנושא של המאמר שלנו, אבל איך לא לדבר על זה, כיוון שכבר התחלנו, במיוחד מכיוון שכוכב הלכת שלנו, באופן קפדני, הוא גם גוף שמימי לא גרוע ולא טוב יותר מכל האחרים.
במעיים של כדור הארץ, ישנם יסודות רדיואקטיביים שהגיעו לשם במהלך היווצרות כדור הארץ וטרם התפרקו. כפי שנהוג לחשוב, החלק הגדול ביותר מהם הוא שלושה איזוטופים: 238U, 232Th ו 40ק. שלושתם עוברים ריקבון ליצירת, בין שאר המוצרים, אנטינוטרינו אלקטרונים. חלקיקים אלה מתפזרים אז ממקום היווצרותם דרך עובי כדור הארץ, שהוא שקוף להם.
לרוע המזל, אנטינוטרינו מריקבון אשלגן לא נתפס על ידי גלאים מודרניים, אך המחקר של שני המקרים האחרים הוא אפשרי ומעניין מאוד. נזכיר שכוכב הלכת שלנו נחקר פחות או יותר על ידי קידוח בעומק של כעשרה קילומטרים ברדיוס של כ- 6370 ק"מ. כל מה שהוא עמוק יותר, אנו יודעים רק מנתוני הסיסמולוגיה, המאפשרים לנו לעקוב אחר הגבולות הרפלקטיביים והשבירים במסת הסלע. מה הם וכיצד הם נוצרו נקבעת על בסיס מודלים תיאורטיים.
חקר הנייטרינים הנפלטים על ידי כדור הארץ יכול לעזור לנו לפחות להבין כמה יסודות רדיואקטיביים יש בחומר כדור הארץ והיכן הם ממוקמים בעיקר. באשר לאחרונים, ישנן גרסאות שונות, החל מהעובדה שאורניום עם תוריום הוא תכונה של החלק התחתון של קרום כדור הארץ, וכלה בכך שמקורות קרינה במהלך היווצרות כוכב הלכת "טבע" למרכזו., ויש משהו כמו כור גרעיני, ופעולה מעת לעת.
מוצרי הריקבון המצטברים, כאשר יש מספיק מהם, עוצרים את תגובת השרשרת. ואז, בסביבה חמה, הם מתפזרים לאט כלפי מעלה (הם בהירים יותר), ומפנים מקום למנות חדשות של חומר בקיע, ולאחר מכן התהליך מתחיל מחדש. אם זה המצב, אז מחזוריות כזו יכולה לסייע בהסבר השינויים בקוטביות המגנטית של כדור הארץ, ויש לחשוב, בדרכים רבות אחרות.
מעניינת גם שאלת חלקן של התגובות הגרעיניות בשחרור החום הכולל של כדור הארץ. נזכיר כי פנים כדור הארץ מעניק סך של כ- 47 TW של חום בשנה, אך מדענים עדיין מדמיינים במעורפל כמה מהאנרגיה הזו נופלת על חום רדיוגני, וכמה עולה על החום הנותר ששוחרר פעם במהלך התמיינות הכבידה של חומר יבשתי.
Geoneutrinos זוהו לראשונה באופן מהימן במצפה הניטרינו של בורקסינו הנ"ל לפני עשר שנים.בשנת 2015, מדענים שעבדו עם הנתונים שהתקבלו פרסמו סקירה כללית של התוצאות. התברר כי הכוח התרמי הכולל של ריקבון אורניום ותוריום נמצא איפשהו בטווח שבין 23 ל -36 טרה -וואט. ריקבון רדיואקטיבי ובהתאם, היסודות המתכלים עצמם, נמצאים הן בקרום כדור הארץ והן במעטה. שניהם בדרך כלל תואמים את הנתונים של כמה מודלים תיאורטיים ועוזרים לעשות את הבחירה הנכונה ביניהם. עד כה התוכן הגבוה של האורניום בפנים כדור הארץ נראה בלתי צפוי - הוא בערך פי שניים ממה שחשבו. מוקדם מדי לומר שהנתונים האלה מפריכים משהו. במשך שש שנים, הגלאי רשם 77 אירועי נייטרינו "יבשתיים", מתוכם כשני שלישים נייטרינו בכור מתחנות כוח גרעיניות, כלומר הפרעות. יש צורך בנתונים נוספים.
נייטרינו אסטרופיזי
החלק האחרון של הסיפור שלנו מוקדש לנייטרינו של אנרגיות גבוהות ואולטרה גבוהות - מעשרות אלקטרונים -וולט ומעלה. "איך זה? - שואל הקורא. - לנייטרינו השמש יש סף עליון של עשרות meV, בעוד שכאן הם בסדר גודל גדול יותר. לאן נעלם הדבר החסר? " אין כאן תעלומה. "החור" בטווח נופל על האזור בו יש נייטרינו רבים ממוצא אטמוספרי, הנוצרים כאשר קרניים קוסמיות בעלות אנרגיה גבוהה (המורכבות מפרוטונים, אלקטרונים וכו ') פוגעות באוויר. יש הרבה חלקיקים בעלי אנרגיה גבוהה בחלל, והם מפציצים את כדור הארץ ללא הרף. נייטרינו קוסמי של אותן אנרגיות גם מגיעים אלינו, אך על רקע "פסולת" הם אבודים, ואי אפשר לבודד אותם ברמה הנוכחית של הפיתוח הטכנולוגי.
בהגבהת הגבול התחתון של טווח העניין עבורנו לטרוולטים, אנו מוצאים את עצמנו באזור בו יש מעט הפרעות יחסית. נייטרינים בעלי אנרגיות גבוהות כאלה הם לרוב ממוצא קוסמי, במקרים רבים אפילו אקסטרגלקטיים. לפני זמן רב, בגלקסיה רחוקה, התפוצצה סופרנובה או שקרה דבר כזה - אלה עקבות האירוע הזה שהגיע אלינו באמצעות מיליארדי שנות אור. למעשה, המקרה האמין הראשון של רישום נייטרינו אסטרופיזי בשנת 1987 עמד לתזמון במקביל לפיצוץ סופרנובה בענן המגלני הגדול.
מצד שני, יש מעט מאוד נייטרינו במיוחד באנרגיה גבוהה בחלל שסביבנו. המשמעות היא שיש צורך בגלאי גדול יותר כדי לרשום אותם. מטרים ואפילו עשרות מטרים לא יעבדו, נדבר על מכשירים בגודל קילומטר. עדיין לא ניתן לייצר טנק בגודל כזה. ולמה?
התוכנית המיושמת כיום במתקני הפעלה ובנייה היא פשוטה מאוד בעקרונותיה. זרים של יסודות רגישים יורדים למים רגילים לעומק של כמה קילומטרים, ויוצרים מערך בעל שלב אנכי ואופקי נתון. חומר הגלאי הוא המים הסובבים עצמם. אינטראקציה עם אטום של כל אחד מהחומרים המרכיבים שלה, נייטרינו בעל אנרגיה גבוהה מייצר חלקיקים, שמהירותם, כדי להתאים למהירות הנייטרינו עצמו, גבוהה מאוד - יותר ממהירות האור במים. חלקיק הנע במהירות זו פולט קרינת צ'רנקוב, המתגלה על ידי גלאים / מכפילים.
האפקט החזותי תלוי בסוג הניטרינו שנתקלנו בו. המונים בדרך כלל מייצרים מסלולים ישרים דקים, אלקטרונים וטוטרינו טאו - מפלים רחבים שנוצרים על ידי אלקטרונים ופוזיטרונים רבים המתפזרים לכיוונים שונים. במקרה הראשון כיוון התנועה של החלקיק המקורי משוחזר בדיוק של כחצי תואר, בשני הטעות בקביעתו יכולה להגיע לכ -15 מעלות. אנרגיית הנייטרינו נקבעת על פי מספר הפוטונים של צ'רנקוב הנפלטים מהשברים.
כעת יש מעט מאוד התקנות מסוג זה בעולם - שלוש. מצפה הכוכבים IceCube פועל בקוטב הדרומי מזה מספר שנים. כפי שאתה יכול לנחש, במקרה זה, קרח אנטארקטי משמש במקום מים.בורות נקדחו (ליתר דיוק, הן הופשרו בעזרת מקדחה תרמית) בתוכו, וזרדים של מכפילים פוטיים הורדו לתוכם, ואז הוקפאו לתוך הקרח. השקיפות שלה בעומק של כמה קילומטרים אפילו טובה יותר משחשבו, מה שמקל על איסוף הנתונים על ההתקנה של היום וגם גיבוש תוכניות לשיפורו. בהחלט ייתכן שהנפח הראשוני לקילומטר מעוקב יגדל פי עשרה בעתיד. יש הרבה מקומות באנטארקטיקה.
מעקב אחר התלקחויות נייטרינו מתבצע באופן אוטומטי ב- IceCube. אם התחנה רושמת שניים או יותר נייטרינים המגיעים במרווחים קטנים מאותו מקום בערך (כיווני הטיסה של החלקיקים משתנים לא יותר מ -3.5 מעלות), החיפוש אחר מקור סביר יופעל אוטומטית באמצעות אסטרונומיה אלקטרומגנטית הפועלת באורח שונה. טווחי קרינה אלקטרומגנטית - החל מאופטיקה (כולל רשת "MASTER") ועד רנטגן (סוויפט) וקרינת גמא (VERITAS). עד כה, מעולם לא ניתן היה למצוא אטרקציות חלל כאלה.
בפברואר 2016, "הקוביה" גילתה שלושה נייטרינו בבת אחת. אירוע כזה צפוי סטטיסטית בערך אחת ל -13 שנים, ולכן יש סיבה לזהירות. לרוע המזל, כיווני התנועה של הנייטרינו התבדלו בעשירית מעלות יותר מהאוטומציה הדרושה, כך שהחיפוש אחר המקור התחיל באופן ידני רק כעבור 22 שעות. לא נמצא דבר.
בחודש יולי 2018, הוכרז על רישום נייטרינו באנרגיה גבוהה במיוחד הנפלטים על ידי ה- Blazer TXS 0506 + 056, הנמצא 4.33 מיליארד שנות אור מכדור הארץ. האסטרופיזיקאים מקווים שתגלית זו תעזור להם להבין את טבעם של קרניים קוסמיות עוצמתיות במיוחד ולשפר את השיטות להתבוננות בהן.
בשנים האחרונות פורסמו כמה יצירות, שמחבריהן ניסו להשוות בין מקורות הניטרינו האסטרופיזי למקורות קרניים קוסמיות וחפצים אחרים המוכרים למדע. עד כה לא הייתה הצלחה ברורה, אך אין זה אומר שהיא לא תימשך בעתיד.
בים התיכון מסתיימת טלסקופ KM3NeT (טלסקופ Neutrino KM3), מתוכו ANTARES, שנבנה בשנת 2007, יהפוך לחלק בלתי נפרד. Baikal GVD נמצא בבנייה באגם בייקל. בשני המקרים מוקדם מדי לדבר על תוצאות מן המניין.
לסיכום, יש לציין כי אסטרונומיה נייטרינו עדיין צעירה מאוד. היא כבת עשרים, והכיוונים המבטיחים ביותר שלה הם אפילו פחות. לכן, עדיין לא צריך לצפות ממנה לתוצאות בקנה מידה מלא, אבל אלה שכבר קיימות נראות טוב.