» » Нейтринный телескоп «Супер-Камиоканде»

Нейтринный телескоп «Супер-Камиоканде»


Нейтринный телескоп «Супер-Камиоканде»

В это трудно поверить, но на этом изображении — Солнце. Согласитесь, непривычный вид. Да и масштаб обозначен странный: 90°. На самом деле Солнце здесь — это маленькая черная окружность в центре, а всё, что вокруг, — это его излучение. Все эти странности возникли из-за того, что эта «фотография» сделана не обычным телескопом, который фиксирует электромагнитные волны какого-либо диапазона, а нейтринным телескопом «Супер-Камиоканде» (Super-Kamiokande).

Этот прибор больше напоминает комплекс дорогостоящих декораций для съемок фантастического фильма, нежели научный эксперимент. Огромная конструкция, зарытая на километровой глубине в окрестностях Токио, обошлась в сумму около $100 млн. Фактически комплекс представляет из себя огромный 40-метровый цилиндрический бассейн со специально очищенной водой (которой в нем порядка 50 000 тонн), обставленный со всех сторон 13 000 фотоумножителей.


Нейтринный телескоп «Супер-Камиоканде»

Вид на детектор Super-Kamiokande изнутри во время технических работ. Вода спущена, и видны фотоумножители, закрепленные на стенках детектора. Фото с сайта imgur.com


Солнечные нейтрино, которые спокойно проходят сквозь земную породу, все-таки изредка взаимодействуют в резервуаре с электронами молекул воды, ускоряя их до скоростей выше скорости света в воде (это, конечно, меньше скорости света в вакууме). Такое «сверхсветовое» движение электронов порождает так называемое черенковское излучение, которые и ловят фотоумножители.


Нейтринный телескоп «Супер-Камиоканде»

На рисунке ниже показано такое событие. Каждая яркая точка — это сработавший фотоумножитель в бассейне. По ним можно примерно определить, с какой стороны прилетело нейтрино, и в итоге, используя данные многих событий, построить картинку, подобную самой верхней. Сейчас, конечно, точность определения направления оставляет желать лучшего. Однако в будущем если мы сможем разрешать направление с точностью лучше нескольких угловых минут, то можно будет впервые напрямую «увидеть» ядро Солнца: область, составляющую всего 1/10 от всего размера Солнца. В ней, однако, производится 90% энергии из ядерных реакций, и, соответственно, оттуда происходит большая часть нейтрино.


Нейтринный телескоп «Супер-Камиоканде»

Детектор Super-Kamiokande зафиксировал последствия столкновения нейтрино с веществом. Яркие точки на этом изображении — фотоумножители, поймавшие расходящееся конусом от точки столкновения черенковское излучение. Изображение с сайта caitlinsikora.com


В ноябре 2001 года на Супер-Камиоканде произошла катастрофа, остановившая его работу на 5 долгих лет. Поверхности фотоумножителей чистятся вручную, и для того, чтобы достать до самых нижних, инженерам приходилось полностью сливать воду и ходить по поверхности на специальных мягких подкладках, распределяющих вес. Во время такой плановой очистки, видимо, на одном из нижних фотоумножителей появилась незаметная микротрещина. Когда после окончания чистки начали заливать воду, в какой-то момент стекло не выдержало растущего давления и взорвалось. Ударная волна, распространяясь по воде, вызвала цепную реакцию, и почти 6600 фотоумножительных трубок (стоимостью $3000 каждая) были навсегда утеряны. Частично ситуацию спасло то, что в момент взрыва бассейн был заполнен не полностью, и ударная волна повредила только те приборы, которые были под водой.

Несмотря на все трудности, с помощью Супер-Камиоканде ученые смогли впервые показать, что солнечные нейтрино действительно меняют свой аромат, и происходят так называемые нейтринные осцилляции. Дело в том, что в Солнце в результате ядерных реакций производятся электронные нейтрино. Так как мы примерно знаем, сколько их там производится, мы можем оценить поток нейтрино на Земле. Еще с начала 1960-х годов было известно, что этот поток примерно в три раза меньше ожидаемого. На рубеже веков удалось показать, что на пути от Солнца к нам примерно 2/3 электронных нейтрино осциллируют в нейтрино других ароматов. Это является непрямым доказательством существования массы у нейтрино, и за этот результат руководителям двух крупных нейтринных экспериментов Такааки Кадзите («Супер-Камиоканде») и Артуру МакДональду (нейтринная обсерватория в Садбери) вручили Нобелевскую премию по физике в 2015 году.

См. также:
1) Получены первые намеки на эффект Михеева–Смирнова–Вольфенштейна при движении нейтрино сквозь Землю, «Элементы», 03.04.2014.
2) Нейтринная астрофизика делает первые шаги, «Элементы», 20.11.2015.
3) Алексей Левин. Частица-призрак: нейтрино, «Популярная механика» №3, 2010.

Айк Акопян

13 сентябрь 2019 /
  • Не нравится
  • 0
  • Нравится

Похожие новости

Движение планет вокруг звезды HR 8799

На днях астрономы Джейсон Ванг (Jason Wang) и Кристиан Маруа (Christian Marois) опубликовали уникальную анимацию вращения планет в системе звезды HR 8799, «собранную» из снимков прямых наблюдений на

Кольцо Эйнштейна в радиодиапазоне

На этой фотографии совмещены два изображения, полученные на разных телескопах...

Эксперимент EUSO-SPB

На фото — запущенный 24 апреля стратостат размером с футбольное поле, несущий уникальный телескоп EUSO-SPB (Extreme Universe Space Observatory on a Super Pressure Balloon — Космическая обсерватория

Гравитационные волны — открыты!

После полувека поисков наконец-то открыты гравитационные волны, колебания самого пространства-времени, предсказанные Эйнштейном сто лет назад. 14 сентября 2015 года обновленная обсерватория LIGO

Обнаружена неоднородность в направлениях прилета космических лучей ультравысоких энергий

Коллаборация Обсерватории космических лучей им. Пьера Оже докладывает об экспериментальном указании на то, что космические лучи с энергиями порядка 1019 эВ и выше прилетают не из нашей Галактики.
Комментарии

НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ

Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Код:
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
Введите код:
Популярные новости
Удивительные животные из воздушных шаров японского художника Масаеси МацумотоУченый Роберт Ланца объяснил, почему смерти не существуетИстория эволюции электромобилейКак Репин Айвазовскому Пушкина нарисовать помогНевероятно реалистичная скульптура «Путешественник»Это самые быстрые серийные мотоциклы в миреМодель тороидальной Вселенной хорошо объясняет спектр флуктуаций реликтового излученияНа севере Аравийского полуострова найдены пять сменяющих друг друга палеолитических культур