velzevul (dubva1) wrote,
velzevul
dubva1

В поисказ таинственной частички

Физики пробуют схватить за хвост частичку, у которой нет ничего, не считая следов





«Я думаю изловить его, – произнес Пух, подождав еще чуть-чуть, – в ловушку. И это должна быть Oчень Хитрецкая Западня»... 1-ое, что пришло Пуху в голову, – вырыть Очень Глубокую Яму, а позже Слонопотам пойдет гулять
и свалится в эту яму»


Вы наверное помните, как Винни Пух ловил Слонопотама. У героя нашего рассказа – нейтрино, как у сказочного Слонопотама, очень странноватый и непредсказуемый нрав. У него нет заряда и фактически нулевая масса покоя. Он летает практически со скоростью света и только по прямой, а в полете может преобразовываться в собственных братьев.


Можно сказать, что все мы живем в океане нейтрино, а не замечаем этого изза их очень слабенького взаимодействия с веществом. И пока вы читали последнее предложение, через ваше тело пропархали более млрд этих галлактических скитальцев.


Чтоб изловить галлактического Слонопотама, ученые строят огромные ловушки. Они забираются в глубочайшие шахты, опускают приборы в океан на километровую глубину, а сейчас к тому же заталкивают их на два километра под антарктический лед.


Охота пуще неволи


Физики пробуют поймать нейтрино поэтому, что неуловимые галлактические Слонопотамы могут дать людям ключ к «памяти» Космоса, принеся сведения о издавна случившихся катаклизмах. В том числе, о том, как рождалась наша Вселенная. Не считая того, мы до сего времени не знаем, как пылает Солнце, а нейтрино несут и эту информацию. С помощью нейтринного телескопа астрологи планируют найти следы темного вещества и другой галлактической экзотики типа магнитных монополей, смотреть за взрывами сверхновых звезд и учить их эволюцию. А так как нейтрино летят только по прямой, то, изловив частичку, физик может, как будто криминалист-баллистик, отследить, из какой точки космоса произошел «выстрел».


Подавляющее большая часть нейтрино – реликтовые, представляющие из себя остатки Огромного взрыва. Некие появляются в близких звездах, вроде нашего Солнца. Другие образуются, когда галлактические лучи врезаются в земную атмосферу.


Прилета и опознания нейтрино ожидают чуть ли не посильнее, чем контакта с инопланетными цивилизациями. Их высматривают со стороны активных ядер галактик, подозревая, что это могут быть мощные «черные дыры» – сверхплотные объекты, во много раз тяжелее нашего Солнца. Благодаря страшенной силе притяжения они втягивают в себя вещество, разгоняя его до сумасшедших скоростей. Большая часть падает на «черную дыру», но неким частичкам, энергия которых может достигать миллионов млрд электронвольт, удается «удрать». Поимка нейтрино с такими энергиями будет означать, что мы на теоретическом уровне верно осознаем происходящее.


Оптимисты считают, что нейтринные телескопы имеют отличные шансы найти источники суперэнергичных галлактических лучей, продвинуть поиски прохладного темного вещества и осознать сущность таинственных гаммавспышек.


Очень Глубочайшая Яма


Из-за неуловимости нейтрино, которые могут пропархать насквозь слой вещества шириной в млрд земных поперечников и нигде не застрять, хоть какой опыт с ними преобразуется в многомесячную возню с большими объемами газов, воды, льда. Из 10-ка млрд нейтрино, «упавших» на Землю из космоса, «застрянет» в ней одноединственное. Рожденное, к примеру, в термоядерных реакциях слияния ядер, благодаря которым пылает наше Солнце, оно пропархает 100 50 миллионов км за восемь минут и окажется на Земле. Что все-таки можно узреть у этого невидимки? Когда оно всетаки ведет взаимодействие с ядром вещества, то порождает резвую частичку мюон либо электрон. Последний летит со скоростью больше скорости света в воде (это может быть, нельзя затмить только скорость света в вакууме) и вызывает так называемое излучение Вавилова – Черенкова, вспышку голубого света, которая видна особым устройствам – фотоумножителям. Они превращают самый слабенький свет в электронный сигнал. А чтоб зарегистрировать хотя бы один, требуется установка размером как минимум с кубический километр.


Ее лучше спрятать глубже под землю либо под воду. Ведь, не считая ожидаемых нейтрино, ее будут пронизывать тыщи и тыщи галлактических лучей, которые, отлично взаимодействуя с веществом, дадут тыщи и тыщи вспышек. На этом фоне одиночный всплеск от нейтрино просто потеряется.


Таким макаром, мысль хоть какого нейтринного опыта ординарна: взять большой «бак» с веществом, обложить фотоумножителями и засунуть все это, к примеру, в глубокую шахту. В одном из «шахтных» тестов нейтрино ловили с помощью хлора-37, ядро которого распадалось при столкновении с нейтрино на нейтрон и ядро радиоактивного аргона.


В другом опыте путь нейтрино выслеживали в большом объеме воды, залитой в старенькую горную выработку. Но недочетом обоих тестов было то, что таким макаром выявлялись только высокоэнергетические невидимки.


Для заслуги большей точности попробовали использовать еще огромные массы воды. Пионером в этой области был опыт DUMAND (от британского «Deep Undersee Muon and Neutrino Detection» – «Глубоководный сенсор для нейтрино и мюонов»). Километровые струны (крепкие кабели, по которым к умножителям подается высоковольтное напряжение, а когда они срабатывают, снимается сигнал) располагали на площади в квадратный километр на глубине несколько км недалеко от Гавайских островов. Другой нейтринный телескоп сделали на километровой глубине в озере Байкал. Да и там, и на Гаваях дела пошли плохо. Во-1-х, даже в самой незапятанной воде оказалось много разных загрязнений. Не считая того, волнение воды повсевременно сдвигало фотоумножители с мест, и нереально было довольно точно проследить путь частиц. Чтоб избавиться от этих недочетов, экспериментаторы решили работать со льдом.


Телескоп в ледовом панцире


В конце 1992 года физики из Швеции, США, Германии и Финляндии организовали сотрудничество AMANDA («Antarctic Muon and Neutrino Detector Array» – «Детектор для мюонов и нейтрино в Антарктиде»). В качестве чувствительного объема, где должно происходить взаимодействие нейтрино с веществом, решили использовать лед недалеко от Южного полюса.


Место выбрано неслучайно: во-1-х, льда там хватает, во-2-х, он незапятнанный, а в-3-х, есть отлично оборудованная исследовательская база, на которой можно не только лишь работать, да и комфортабельно жить.


Километровая глубина, на которую пришлось опустить «телескоп», потребовалась, чтоб избавиться от рассеивания вспышек излучения Вавилова – Черенкова имевшимися в поверхностном льду пузырьками воздуха (ледовый покров Антарктиды появился из спрессованного за тыщи лет снега, и даже на глубине в несколько сотен метров пузырьков еще очень много). Чтоб установить фотоумножители на «рабочее место», физики протапливают скважину с помощью шланга с жаркой водой и опускают туда струну с устройствами. Позже вода леденеет и лед фиксирует все приборы в строго определенном месте. Это дополнительное преимущество льда перед водянистой водой.


К 2000 году на глубине более полутора км было размещено 677 фотоумножителей и нейтринный телескоп приступил к работе. Длина его – 500 км, а поперечник – 120 м.


Весной сегодняшнего года каждогодная конференция Южноамериканского физического общества обсудила 1-ые результаты работы AMANDA. Они не принесли пока эпохальных открытий. Но, по воззрению Стивена Барвика, 1-го из создателей обзора, размещенного в февральском номере ведущего астрофизического журнальчика Astrophysical Journal, «это суровый прорыв в области астрономии высокоэнергетичных нейтрино, и AMANDA начал делать то, зачем он был создан». Подледный телескоп способен определять источник частиц в границах очень острого, четырехградусного угла.






Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 0 comments