Как работает нейтринный «телескоп»?

 

Нейтрино: субатомные частицы, возникающие в ядерных реакциях, генерирующих солнечный свет. Поднимите вверх большой палец: 100 млн млн таких частиц пронизывают его каждую секунду.

 

Определяющая характеристика нейтрино: асоциальные (некоммуникабельные). Не задерживаются атомами обычного вещества. Тем не менее они взаимодействуют — но крайне редко.

 

Трюк для обнаружения нейтрино: расположите большое количество атомов на их пути. Это повышает вероятность, что одна или две частицы будут остановлены.

 

Нейтринный «телескоп», подобный Super-Kamiokande [44] расположен глубоко внутри горы в японских Альпах. Это высотой с 10-этажный дом герметичная «кастрюля для запекания фасоли», наполненная водой.

 

Иногда нейтрино взаимодействует с протоном в молекуле воды. Субатомные осколки в воде создают свет, эквивалентный сверхзвуковому хлопку.

 

«Черенковское излучение» (подобно голубому свечению, замеченному в ядерных «водоемах») фиксируется световыми детектора-ми, которые расположены внутри «гигантской кастрюли для запекания фасоли».

 

Нейтринные телескопы должны быть глубоко под землей для того, чтобы оградить их от «мюонов» из космических лучей, которые маскируются под след нейтрино.

 

Super-Kamiokande «сфотографировал» Солнце — ночью, глядя на Солнце не вверх, а вниз.

 

Нейтринные эксперименты в Японии и США зафиксировали нейтрино от Сверхновой 1987А — первое нейтрино, из когда-либо обнаруженных за пределами Солнечной системы.

 

Существует 3 типа, или «аромата», нейтрино. В нейтринной обсерватории Садбери (Sudbury Neutrino Observatory, Канада), подтвердилось, что на пути от Солнца нейтрино трансформируется из одного типа в другой.

 

Нейтринные «осцилляции» объяснили озадачивающую нехватку частиц, зарегистрированную новаторским детектором Рея Дэвиса, использовавшим «высоко очищенную жидкость». Дэвис получил Нобелевскую премию.

 

Новейший самый чувствительный нейтринный телескоп IceCube  (Ледяной куб) использует в качестве детектора 1 км³ антарктического льда. Строительство завершено в начале 2011.

 

Большой интерес к нейтринным телескопам: мы знаем, как выглядит видимая Вселенная, но пока еще не знаем, как выглядит нейтринная Вселенная.

 

 

Наблюдаем Вселенную

 

Что такое свет?

 

Исаак Ньютон (1643–1727) считал, что свет состоит из крошечных частиц, движущихся прямолинейно. Теория описана в Оптике (Opticks), 1704.

 

Христиан Гюйгенс (1629–1695) не согласился. Он считал, что свет — это волна, как звук. Теория описана в Трактате о Свете (Treatise on Light), 1690.

 

В 1801 в Лондоне Томас Юнг продемонстрировал два световых луча, которые могут усилить или погасить друг друга (интерференция) — характерное свойство волны.

 

В XIX в. Майкл Фарадей и Джеймс Клерк Максвелл описали свет как электромагнитную волну, распространяющуюся в пространстве со скоростью в 300 000 км/с.

 

Несмотря на явную волновую природу света, Альберт Эйнштейн и Роберт Милликен высказали гипотезу, что свет состоит из сгустков, или квантов энергии (фотонов).

 

В квантовой физике свет одновременно имеет свойства и частицы, и волны. Энергия фотона связана с его длиной волны; фотоны интерферируют.

 

Длина волны видимого света лежит в диапазоне от 380 нм (фиолетовый, высокая энергия) до 780 нм (красный, низкая энергия). Солнечный свет содержит все цвета.

 

Белый солнечный свет может разлагаться на составляющие цвета (спектр), преломляясь капельками воды (радуга) или призмой.

 

Разреженный светящийся газ излучает только характеристические длины волн. Натриевые лампы: оранжевый свет. Космические облака горячего водорода: розоватый свет.

 

Газы в атмосфере Солнца поглощают определенные длины волн. Результирующие темные фраунгоферовы линии в спектре несут информацию о составе.

 

Поляризация света дает информацию о магнитных полях. Красный или синий сдвиги спектральных линий дают информацию о движении частиц.

 

Распределение энергии света (голубой/красный) говорит вам о температуре излучающего тела. Все обо всем, свет содержит в себе массу информации.

 

Видимый свет — это только малая часть полного электромагнитного спектра. Астрономы также используют приборы для исследования других видов излучения.