ニュートリノ、宇宙論、国内プロジェクトについて少し

IceCubeおよび最初に生成された最初のニュートリノに関する記事に触発されました。

間違いなく、これはニュートリノ天体物理学、および一般的な物理学全体にとって大きな成果です。 ヒッグスボソンの発見に匹敵する規模のイベント。 ただし、記事自体とそれに対するコメントの両方で説明されているいくつかのポイントを明確にしたいと思います。



まず、プロセスの本質



元の記事で述べたように、高エネルギーのニュートリノを検出するために、膨大な数の検出要素(光電子増倍管)が南極の氷に凍結されました。 問題は、ニュートリノには電荷がなく、実際には質量がなく、物質とほとんど相互作用しないことです。 彼の存在を予測したヴォルフガング・パウリが言ったように:

今日はひどいことをしました。 理論物理学者は決してこれを行うべきではありません。 私は実験的に検証することができないものを提案しました。


しかし、1934年の後半に、媒体内の光の速度よりも速い速度で移動する粒子のルミネセンスを記述するVavilov-Cherenkov放射が発見されました(つまり、古典的な物理学では真空中の光の速度を超えることはできないため、媒体内)。 ニュートリノを検出するために使用されるのはこのプロセスです。ニュートリノは非常にまれですが、まだ物質と相互作用し、関連するレプトンを生成します。 これらの粒子はニュートリノエネルギーの大部分を奪い、媒体内の光の速度よりも速い速度で媒体内を移動できるようにします。 この光は、水または氷の中を(短距離で)自由に広がり、この光はPMTによって検出されます。



ニュートリノの種類



物理学は現在、3種類のニュートリノを知っています。3種類の既知のレプトン:電子、ミューオン、およびタウニュートリノです。 いわゆる滅菌ニュートリノ-レプトン数がゼロのニュートリノの存在も予測されています(ある程度確認されています)。 そのような粒子は弱い相互作用に関与しないため、物質と相互作用せず、関連するレプトンを生成しません。 滅菌ニュートリノは、チェレンコフ検出器では捕捉できません。 これらの滅菌ニュートリノは、 ニュートリノ振動の過程で研究されています-1つのタイプのニュートリノから別のタイプのニュートリノへの自発的な変換。 しかし、そのようなプロセスを研究するには、どのニュートリノが飛び出し、どのニュートリノが目的地に到着したかを知る必要があります。 違いにより、その過程でコンテンツが変更されたと言えます。 そのような実験では、加速器で生成されたニュートリノが使用されます。これは、作成した粒子と後で捕獲した粒子がわかっているためです。



ろ過システム



検出器は下向きであり、したがって、地球全体をフィルターとして使用します。 「上から」の宇宙線の流れが膨大な数のバックグラウンドイベントを作成するため、これが必要です。それを超えると、非常にまれなニュートリノ相互作用を識別できません。 地球を通過するニュートリノは物質と相互作用し、ミューオンまたは電子(ニュートリノのタイプに応じて)を生成します。 電子は物質と十分に相互作用し、強力であるが短いシャワーを作成します。これは、検出器で明るいドットとして表示されます。 ミューオンは地球の厚さで一定の距離を飛ぶことができ、バビロフチェレンコフ効果を使用して、粒子の動きの方向を決定できる長いトラックを作成します。 また、ミューオンはその経路内の物質をイオン化し、トラック全体に小さなシャワーを作り出します。 これらのシャワーの強度は、ニュートリノエネルギーを決定するために使用できます。

地球の中心で生まれるニュートリノに関しては、ベータ崩壊の結果として生まれます。つまり、大多数は電子的です(振動を除く)。 これらのニュートリノはエネルギーがはるかに低いため、検出器で簡単に区別できます。 また、相互作用断面積はエネルギーとともに大きくなるため、相互作用の頻度は桁違いに少なくなります。



ニュートリノ望遠鏡



もちろん、IceCubeは最初のニュートリノ望遠鏡ではありません。 彼らの話は、ハワイ諸島に届けられたDUMAND検出器から広がり、1994年に中止されました。 次はバイカルNT200、アメリカのアマンダ(IceCubeの前身)、ヨーロッパのアンタレス、ギリシャのネストル、イタリアのネモです。 しかし、これらはすべて非常に重要な結果が得られた小さな検出器ですが、それらの可能性はすでに使い果たされています。 はい、バイカルニュートリノ望遠鏡は、自然環境で動作する世界初の(当時の)ニュートリノ検出器でした。 そして、これは明るいソビエト連邦では達成されませんでした。 望遠鏡は、1993年から1998年までの期間に少数の人々の可能性に対して構築されました。

しかし、現代の物理学では、有効体積が1立方キロメートルの大規模な検出器が必要です。 このような検出器は、世界に1つだけあります-American IceCubeです。 統合されたヨーロッパの検出器KM3NeTのプロジェクトと、新しいバイカル検出器NT1000のプロジェクトもあります。 しかし、ヨーロッパ、そしてロシアでは危機があります...ロシアでは-FANO。



これら28個のニュートリノの独自性は何ですか?



そしてエネルギーの独自性。 地球上で10 19 eVを超えるエネルギーの宇宙線の検出を禁止する、このようなGraisen-Zatsepin-Kuzmin効果があります。 ニュートリノは、宇宙を探索するときにこの線を越える唯一の機会です。 そして、そのようなエネルギーのニュートリノは直接生成ニュートリノであり、遠く離れた場所で生まれ、何らかのプロセスを経て、おそらくまだ完全に未知の状態にあります。 そして、超新星からのニュートリノは、よく知られているソースからのニュートリノであり、これらの28のイベント自体は、他の手段では決して見ることのできない新しいソースを示します(少なくとも科学技術の現代開発の枠組みでは)。



ロシア人はあきらめない



ニュートリノ望遠鏡の作成は難しく、高価であり、現代の現実では、実際には不可能であるという事実にもかかわらず、バイカルのコラボレーションは独自の施設を作成し続けています。 問題は、検出器が地球を覗いていることであり、この点で、アメリカ人には決して得られない利点があります。 銀河の中心-私たちの宇宙の最も興味深い部分は南半球にあります。 この点で、ヨーロッパのプロジェクトはロシアのプロジェクトの競争相手であり、IceCubeはそれを補完し、反対方向を向いています。 さらに、純粋な(まだ)バイカル水は、南極の氷よりも光学的に有利です。 そして、バイカルプロジェクトが完了した場合、得られるデータはアメリカ人のデータよりもさらに興味深いものになる可能性があります。



並列測定と超弦理論については何も言いませんが、興味がある人はブライアン・グリーンの「エレガントな宇宙」を読んでください。 専門的な高等教育を受けたとしか言えませんが、そこからはほとんど理解できませんでした。



All Articles