В фотографиях и фактах: как исследователи изучают нейтрино
Исследователи уверены, что именно нейтрино может дать ответы на самые важные вопросы о Вселенной. Эти частицы образовываются в результате распада радиоактивных элементов. Их может выпускать Солнце, звезды и даже человеческие тела.
Изучением нейтрино занимаются десятки лабораторий по всему миру. Учитывая все особенности частиц, единственным доступным методом остается эксперимент. И иногда в погоне за призрачной частицей ученым приходится проделывать невероятные вещи.
Основная цель эксперимента с детектором GERDA (GERmanium Detector Array) – понять, почему материя и человечество вообще сущетсвуют
Фото: Кай Фройнд/Тюбингенский университет
Детектор GERDA занимается поиском нейтрино при помощи мониторинга электрической активности внутри кристаллов германия, которые находятся глубоко в горе в Италии. Ученые, которые занимаются этим проектом, надеются зафиксировать очень редкий тип радиоактивного распада.
Наша Вселенная образовалась в результате Большого взрыва около 13,7 млрд. лет тому назад. По словам исследователей, его результатом также должно было стать одинаковое количество материи и антиматерии. Когда они сталкиваются, то разрушают друг друга, оставляя после себя лишь энергию.
Если им удастся зафиксировать нужным тип распада, тогда можно будет сделать предположение о том, что нейтрино одновременно могут быть как частицей, так и античастицей. Пока что это неизвестно, однако в случае позитивного результата человечество может получить ответы на несколько очень важных вопросов.
Детектор SNO в канадской лаборатории в Садбери изучает различные виды нейтрино
Фото: Лаборатория SNO
Лаборатория SNO находится на глубине 2 км в шахте Крейгтон. Ее построили еще в 1980-х годах, а в 2012 году переоборудовали под эксперимент SNO+.
Его основная цель – изучение нейтрино с Земли, Солнца и даже сверхновых звезд. В центре детектора – большая акриловая сфера, заполненная 800 тоннами специальной жидкости под названием “жидкий сцинтиллятор”. Снаружи сфера окружена водой. За ней следят около 10 тыс. сверхчувствительных световых детекторов – фотоэлектронных умножителей.
Благодаря первым экспериментам лаборатории ученым известно по меньшей мере о трех видах нейтрино – электрон, мюон и тау-лептон.
Астрономическая обсерватория IceCube исследует Вселенную
Фото: Иен Рис/IceCube/NSF
Лаборатория IceCube находится на Южном полюсе. Это самый большой детектор нейтрино в мире. Его работу обеспечивают 5160 сенсоров, которые фиксируют высокоэнергетичные нейтрино с взрывающихся звезд, черных дыр и нейтронных звезд.
Когда нейтрино сталкиваются с молекулами воды во льду, они выделяют мощные субатомные частицы. Они двигаются настолько быстро, что выделяют особое свечение под названием “эффект Вавилова — Черенкова”. Ученые надеются использовать полученную информацию для воссоздания пути нейтрино и источника их происхождения.
Участники эксперимента Daya Bay занимаются поиском антинейтрино
Фото: Рой Кальтшмидт/Lawrence Berkeley National Laboratory
Проект Daya Bay – это реакторный нейтринный эксперимент, который проводят в Китае. Одна из его целей – изучение нейтринных осцилляций, или же превращения нейтрино в антинейтрино. Шесть цилиндрических детекторов, в каждом из которых содержится 20 тонн жидкого сцинтиллятора, распределены по трем помещениям и окружены 1 тыс. фотоэлектронных умножителей. Кроме того, они погружены в воду, которая блокирует попадание туда любой радиации снаружи.
Неподалеку также расположены шесть ядерных реакторов, которые каждую секунду вырабатывают огромное количество неопасных электронных антинейтрино. Этот поток частиц взаимодействует с жидкостью и выпускает короткие вспышки света.
Детектор Super-Kamiokande также изучает различные виды нейтрино
Фото: Kamioka Observatory/ICRR/The University of Tokyo
Детектор Super-Kamiokande (Super K) расположен в лаборатории Камиока на глубине 1 км в горах на западе Японии. Он состоит из 50 тыс. тонн чистой воды в окружении 11200 фотоэлектронных умножителей.
В своей работе Super K использует тот же эффект Вавилова — Черенкова, что и IceCube. В 1998 году именно эта обсерватория впервые установила, что нейтрино может превращаться в нейтрино другого сорта (например, антинейтрино), а также доказала, что эти крошечные частицы все же имеют массу.
Сегодня сотрудники этой лаборатории продолжают исследовать нейтринные осцилляции, а также планируют еще один эксперимент – Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE).
