Нейтринна астрономія — галузь астрономії, що спостерігає астрономічні об'єкти в спеціальних обсерваторіях за допомогою нейтринних детекторів. Нейтрино можуть утворюватися в результаті різних ядерних реакцій: під час зоряного нуклеосинтезу, в астрофізичних явищах високої енергії, в ядерних реакторах або під час взаємодії космічних променів з атмосферою. Через дуже слабку взаємодію з речовиною нейтрино надає унікальну можливість спостерігати за процесами, недоступними для оптичних телескопів, такими як ядерні реакції в надрах Сонця.
З іншого боку, через слабку взаємодію з речовиною нейтринні детектори повинні бути дуже великими (часто тисячі тонн), щоб збільшити шанс, що нейтрино з ними провзаємодіє. Детектори також мають бути добре екрановані від інших випромінювань та використовувати ефективне програмне забезпечення для видалення фонового сигналу.
Історія дослідження
Нейтрино вперше було зареєстровано в 1956 році і Фредеріком Райнсом під час з використанням ядерного реактора як джерела нейтрино. Їхнє відкриття було відзначено Нобелівською премією з фізики 1995 року.
За цим послідувало , яке в 1965 році майже одночасно здійснили група Фредеріка Райнса на рідинному сцинтиляторі Кейс-Вітватерсранд-Ірвайн на золотому руднику у Південній Африці і бомбейсько-осаксько-даремська колаборація на індійській шахті . В Колар-Голд-Філді виявили кандидати в нейтрино на два місяці пізніше, ніж в Іст-Ренді, але саме група з Колар-Голд-Філда отримала формальний пріоритет через публікацію своїх результатів на два тижні раніше.
У 1968 році Реймонд Девіс і Джон Бакал успішно виявили перші сонячні нейтрино в . Девіс спільно з японським фізиком Масатосі Косібою отримали половину Нобелівської премії з фізики 2002 року «за новаторський внесок в астрофізику, зокрема за виявлення космічних нейтрино" (інша половина дісталася Ріккардо Джакконі за внесок у відкриття космічних джерел рентгенівського випромінювання).
Перше покоління проєктів підводних нейтринних телескопів почалося з пропозиції Мойсея Маркова 1960 року «...встановити детектори глибоко в озері або морі та визначати розташування заряджених частинок за допомогою черенковського випромінювання».
Перший підводний нейтринний телескоп був започаткований як проєкт DUMAND в 1976 році. Хоча він зрештою був скасований у 1995 році, він став попередником багатьох інших телескопів у наступні десятиліття.
Байкальський нейтринний телескоп встановлено в південній частині озера Байкал у Росії. Детектор перебуває на глибині 1,1 км і розпочав спостереження в 1980 році.
Артемівський сцинтиляційний детектор (АСД) знаходиться в соляній шахті Соледар (Україна) на глибині понад 100 м. Він був створений у відділі високоенергетичних лептонів та нейтринної астрофізики Інституту ядерних досліджень АН СРСР в 1969 році для вивчення потоків антинейтрино від вибухнувших в Галактиці зірок, а також спектру та взаємодії мюонів космічних променів з енергіями до 10 ^ 13 еВ. Особливістю детектора є 100-тонний сцинтиляційний резервуар із розмірами порядку довжини електромагнітного зливу з початковою енергією 100 ГеВ.
Методи дослідження
Нейтрино надзвичайно рідко взаємодіють з речовиною, тому переважна більшість нейтрино проходить через детектор, не взаємодіючи. Щоб збільшити кількість виявлених нейтрино, доводиться використовувати дуже великі детектори.
Спосіб виявлення нейтрино залежить від енергії та типу нейтрино. Відомим прикладом є взаємодія електронних нейтрино з ядрами атомів у детекторі за допомогою зворотного бета-розпаду зі створенням позитрона й нейтрона. Позитрон негайно анігілює з електроном, утворюючи два фотони з енергією 511 кеВ. Нейтрон захоплюється іншим ядром з вивільненням гамма-випромінювання енергією в кілька МеВ. Загалом, нейтрино можуть взаємодіяти через нейтральний струм або заряджений струм. При взаємодії через нейтральний струм нейтрино взаємодіє з ядром або електроном, зберігаючи свій аромат. У взаємодіях через заряджений струм нейтрино поглинається ядром, утворюючи лептон, що відповідає аромату нейтрино (, , тощо). Якщо утворені в цих реакціях заряджені частинки рухаються достатньо швидко, вони можуть створити черенковське випромінювання.
Для спостереження взаємодій нейтрино в детекторах використовують фотоелектронні помножувачі для виявлення окремих фотонів. За часом надходження фотонів можна визначити час і місце взаємодії нейтрино. Якщо нейтрино під час взаємодії створює мюон, то він рухається по прямій, випромінюючи вздовж своєї траєкторії черенковські фотони, які можна використовувати для реконструкції напрямку руху мюона. Для високоенергетичних взаємодій напрямки нейтрино та мюонів однакові, тому можна визначити, звідки прийшло нейтрино. Енергію нейтрино можна визначити з кількості випущених фотонів.
Зважаючи на дуже слабкий сигнал, слід мінімізувати джерела фонового шуму. Детектори мають бути захищені великою екрануючою масою, і тому їх будують глибоко під землею або під водою, що захищає від більшості космічних променів. Оскільки жодна інша відома частинка не може перетнути всю Землю, детектор налаштовують ловити мюони, які рухаються вгору.
Незважаючи на зусилля з екранування, певне фонове випромінювання неминуче потрапить у детектор, часто через радіоактивні домішки в самому детекторі. Якщо неможливо відрізнити фоновий сигнал від справжнього, для моделювання фону доводиться використати моделювання за методом Монте-Карло. Хоча може бути невідомо, чи є кожна окрема подія фоном чи сигналом, можна виявити перевищення кількості подій над фоновим рівнем, що означає наявність сигналу.
Застосування
Коли астрономічні тіла, такі як Сонце, вивчаються за допомогою світла, можна безпосередньо спостерігати лише поверхню об’єкта. Будь-яке світло, утворене в ядрі зорі, буде взаємодіяти з частинками газу в зовнішніх шарах зорі і йтиме до поверхні зорі протягом сотень тисяч років, що унеможливлює пряме спостереження ядра. Нейтрино також утворюються в ядрах зір в результаті зоряного нуклеосинтезу, однак виходять назовні, майже не взаємодіючи з речовиною, тому за допомогою нейтринної астрономії можна спостерігати безпосередньо ядро зорі. Також були виявлені нейтрино від наднових, а кілька нейтринних експериментів навіть створили систему раннього попередження про наднові, шукаючи перші ознаки вибухів наднових у вигляді збільшення потоку нейтрино. Ведуться пошуки нейтрино з інших джерел, таких як активні ядра галактик та гамма-спалахи.
Попередження про наднові
Сім нейтринних експериментів (Супер-Каміоканде, LVD, IceCube, KamLAND, Borexino, Daya Bay і HALO) працюють разом як система раннього попередження про наднові зорі. Під час колапсу ядра наднової дев'яносто дев'ять відсотків вивільненої енергії уноситься нейтрино. Поки фотони можуть шукати шлях назовні зі щільного ядра наднової протягом годин, нейтрино здатні досягти її поверхні за секунди. Оскільки нейтрино рухаються майже зі швидкістю світла, вони можуть дійти до Землі раніше, ніж фотони. Якщо два чи більше детекторів SNEWS спостерігають одночасне збільшеного потоку нейтрино, професійним астрономам і астрономам-любителям надсилається попередження, щоб вони шукали наднову на певній ділянці неба.
Процеси у зорях
Сонце, як і інші зорі, отримує енергію за рахунок ядерного синтезу в своєму ядрі. Фотони виходять з ядра багато тисяч років, багаторазово розсіюючись на навколишній речовині і виконуючи випадкові блукання, і єдиним способом отримати дані про ядерні процеси на Сонці в реальному часі є нейтрино.
Існує два основні процеси ядерного синтезу зір. Перший — це протон-протонний ланцюжок, у якому протони зливаються у гелій, інколи тимчасово створюючи на цьому шляху важчі елементи літію, берилію та бору. Другий — вуглецево-азотний цикл, у якому вуглець поглинає протони, послідовно перетворюючись на азот і кисень, а потім вивільняє ядро гелію в ході альфа-розпаду, починаючи цикл знову. Протон-протонний ланцюжок, є основним процесом на Сонці, тоді як вуглецево-азотний цикл домінує в зорях, масивніших за Сонце.
Кожна стадія процесу має дозволений спектр енергії для нейтрино (або навіть дискретну енергію нейтрино - для процесів електронного захоплення). Відносні швидкості ядерних процесів на Сонці можна визначити за спостереженнями його нейтринного потоку на різних енергіях. Це дозволяє зрозуміти параметри Сонця, наприклад, його металічність.
Склад та структура Землі
Всередині Землі містяться такі радіоактивні елементи, як 238U і 232Th і продукти їхнього розпаду, а також 40K. Під час бета-розпаду вони випромінюють антинейтрино, які можна реєструвати нейтринними детекторами. Енергія цих антинейтрино залежить від типу батьківського ядра. Вимірюючи ці антинейтрино, детектор Borexino оцінив загальне енерговиділення в ядрі Землі та встановив, що відносна поширеність 238U і 232Th в ядрі така ж сама, як у хондритових метеоритах. Для нейтрино з енергією в кілька ТеВ ймовірність поглинання під час проходження крізь Землю є достатньо великою, зменшення потоку таких нейтрино від відомих астрофізичних джерел можна було використовувати для нейтринної томографії Землі. У 2018 році дані IceCube були використані для підгонки п'ятишарової моделі внутрішньої будови Землі під спостережні дані для розподілу висхідних нейтрино за енергіями й напрямками, й отриманий розподіл густин добре узгодився з сейсмічними та гравітаційними даними. Похибки цього методу залишаються великими, але очікується, що майбутні дані IceCube і KM3NeT допоможуть покращити точність цього методу.
Високоенергетичні астрофізичні події
Окрім первинних (астрофізичних) нейтрино, що приходять безпосередньо з космосу, детектори реєструють також вторинні (атмосферні) нейтрино, утворені в результаті розпаду піонів та каонів, народжених під час взаємодії космічних променів з атмосферою Землі. При низьких енергіях потік атмосферних нейтрино в багато разів перевищує астрофізичні нейтрино, однак на високих енергіях (~100 ТеВ) домінують астрофізичні нейтрино, і саме їх використовують для дослідження високоенергетичних астрофізичні подій. Те, що нейтрино (на відміну від космічних променів) слабко взаємодіє й майже не відхиляється від свого початкового напрямку, забезпечує відносно високу кутову роздільну здатність нейтринної астрономії.
Спостереження на різних довжинах хвиль були використані, щоб показати, що спостережувані нейтрино і походять від далекого блазара. З часом спостереження нейтрино має все більше використовуватись для доповнення електромагнітних і гравітаційних спостережень, як складова частина багатоканальної астрономії.
Див. також
, однак на високих енергіях (~100 ТеВ). Для проведення нейтринної астрономії об’єктів високої енергії експерименти покладаються на нейтрино з найвищою енергією.
Див. також
Примітки
- Cowan, C. L. Jr.; Reines, F.; Harrison, F. B.; Kruse, H. W.; McGuire, A. D. (1956). Detection of the free neutrino: A Confirmation. Science. 124 (3124): 103—104. Bibcode:1956Sci...124..103C. doi:10.1126/science.124.3212.103. PMID 17796274.
- The Nobel Prize in Physics 1995. Nobel Foundation. Процитовано 24 січня 2013.
- Reines, F. та ін. (1965). Evidence for high-energy cosmic-ray neutrino interactions. Physical Review Letters. 15 (9): 429—433. Bibcode:1965PhRvL..15..429R. doi:10.1103/PhysRevLett.15.429.
- Achar, C. V. та ін. (1965). Detection of muons produced by cosmic ray neutrinos deep underground. . 18 (2): 196—199. Bibcode:1965PhL....18..196A. doi:10.1016/0031-9163(65)90712-2.
- Spiering, C. (2012). Towards High-Energy Neutrino Astronomy. . 37 (3): 515—565. arXiv:1207.4952. Bibcode:2012EPJH...37..515S. doi:10.1140/epjh/e2012-30014-2.
- Davis, R. Jr.; Harmer, D. S.; Hoffman, K. C. (1968). A search for neutrinos from the Sun. Physical Review Letters. 20 (21): 1205—1209. Bibcode:1968PhRvL..20.1205D. doi:10.1103/PhysRevLett.20.1205.
- The Nobel Prize in Physics 2002. Nobel Foundation. Процитовано 24 січня 2013.
- Spiering, C. (2012). Towards High-Energy Neutrino Astronomy. . 37 (3): 515—565. arXiv:1207.4952. Bibcode:2012EPJH...37..515S. doi:10.1140/epjh/e2012-30014-2.
- Markov, M. A. (1960). On high-energy neutrino physics. У Sudarshan, E. C. G.; Tinlot, J. H.; Melissinos, A. C. (ред.). Proceedings of the 1960 Annual International Conference on High-Energy Physics. University of Rochester. с. 578.
- Spiering, C. (2012). Towards High-Energy Neutrino Astronomy. . 37 (3): 515—565. arXiv:1207.4952. Bibcode:2012EPJH...37..515S. doi:10.1140/epjh/e2012-30014-2.
- Borexino Collaboration; Agostini, M.; Altenmüller, K.; Appel, S.; Atroshchenko, V.; Bagdasarian, Z.; Basilico, D.; Bellini, G.; Benziger, J. (21 січня 2020). Comprehensive geoneutrino analysis with Borexino. Physical Review D. 101 (1): 012009. arXiv:1909.02257. Bibcode:2020PhRvD.101a2009A. doi:10.1103/PhysRevD.101.012009.
- Arns, Robert G. (1 вересня 2001). Detecting the Neutrino. Physics in Perspective (англ.). 3 (3): 314—334. Bibcode:2001PhP.....3..314A. doi:10.1007/PL00000535. ISSN 1422-6944.
- Reddy, Sanjay; Prakash, Madappa; Lattimer, James M. (28 травня 1998). Neutrino interactions in hot and dense matter. Physical Review D. 58 (1): 013009. arXiv:astro-ph/9710115. Bibcode:1998PhRvD..58a3009R. doi:10.1103/PhysRevD.58.013009.
- Borexino Collaboration; Agostini, M.; Altenmüller, K.; Appel, S.; Atroshchenko, V.; Bagdasarian, Z.; Basilico, D.; Bellini, G.; Benziger, J. (21 січня 2020). Comprehensive geoneutrino analysis with Borexino. Physical Review D. 101 (1): 012009. arXiv:1909.02257. Bibcode:2020PhRvD.101a2009A. doi:10.1103/PhysRevD.101.012009.
- The IceCube Collaboration; Fermi-LAT; MAGIC; AGILE; ASAS-SN; HAWC; H.E.S.S.; INTEGRAL; Kanata (13 липня 2018). Multimessenger observations of a flaring blazar coincident with high-energy neutrino IceCube-170922A. Science (англ.). 361 (6398): eaat1378. arXiv:1807.08816. Bibcode:2018Sci...361.1378I. doi:10.1126/science.aat1378. ISSN 0036-8075. PMID 30002226.
- Borexino Collaboration; Agostini, M.; Altenmüller, K.; Appel, S.; Atroshchenko, V.; Bagdasarian, Z.; Basilico, D.; Bellini, G.; Benziger, J. (21 січня 2020). Comprehensive geoneutrino analysis with Borexino. Physical Review D. 101 (1): 012009. arXiv:1909.02257. Bibcode:2020PhRvD.101a2009A. doi:10.1103/PhysRevD.101.012009.
- The Borexino Collaboration (26 листопада 2020). Experimental evidence of neutrinos produced in the CNO fusion cycle in the Sun. Nature (англ.). 587 (7835): 577—582. arXiv:2006.15115. Bibcode:2020Natur.587..577B. doi:10.1038/s41586-020-2934-0. ISSN 0028-0836. PMID 33239797.
- Davis, Jonathan H. (15 листопада 2016). Projections for Measuring the Size of the Solar Core with Neutrino-Electron Scattering. Physical Review Letters. 117 (21): 211101. arXiv:1606.02558. Bibcode:2016PhRvL.117u1101D. doi:10.1103/PhysRevLett.117.211101. PMID 27911522.
- Gelmini, G. B.; Kusenko, A.; Weiler, T. J. (18 May 2010). Through Neutrino Eyes: Ghostly Particles Become Astronomical Tools. Scientific American. Т. 302, № 5. с. 38—45. doi:10.1038/scientificamerican0510-38. PMID 20443376. Процитовано 28 листопада 2013.
- Vigorito, C; the SNEWS Working Group (10 серпня 2011). SNEWS - The Supernova Early Warning System. Journal of Physics: Conference Series. 309 (1): 012026. Bibcode:2011JPhCS.309a2026V. doi:10.1088/1742-6596/309/1/012026. ISSN 1742-6596.
- What is SNEWS?. snews.bnl.gov. Процитовано 18 березня 2021.
- The Borexino Collaboration (October 2018). Comprehensive measurement of pp-chain solar neutrinos. Nature (англ.). 562 (7728): 505—510. Bibcode:2018Natur.562..505B. doi:10.1038/s41586-018-0624-y. ISSN 0028-0836. PMID 30356186.
- The Borexino Collaboration (26 листопада 2020). Experimental evidence of neutrinos produced in the CNO fusion cycle in the Sun. Nature (англ.). 587 (7835): 577—582. arXiv:2006.15115. Bibcode:2020Natur.587..577B. doi:10.1038/s41586-020-2934-0. ISSN 0028-0836. PMID 33239797.
- The Borexino Collaboration (26 листопада 2020). Experimental evidence of neutrinos produced in the CNO fusion cycle in the Sun. Nature (англ.). 587 (7835): 577—582. arXiv:2006.15115. Bibcode:2020Natur.587..577B. doi:10.1038/s41586-020-2934-0. ISSN 0028-0836. PMID 33239797.
- Bellini, G. та ін. (19 квітня 2010). Observation of geo-neutrinos. Physics Letters B (англ.). 687 (4–5): 299—304. arXiv:1003.0284. Bibcode:2010PhLB..687..299B. doi:10.1016/j.physletb.2010.03.051. ISSN 0370-2693.
- Borexino Collaboration; Agostini, M.; Altenmüller, K.; Appel, S.; Atroshchenko, V.; Bagdasarian, Z.; Basilico, D.; Bellini, G.; Benziger, J. (21 січня 2020). Comprehensive geoneutrino analysis with Borexino. Physical Review D. 101 (1): 012009. arXiv:1909.02257. Bibcode:2020PhRvD.101a2009A. doi:10.1103/PhysRevD.101.012009.
- Donini, Andrea; Palomares-Ruiz, Sergio; Salvado, Jordi (January 2019). Neutrino tomography of Earth. Nature Physics (англ.). 15 (1): 37—40. arXiv:1803.05901. doi:10.1038/s41567-018-0319-1. ISSN 1745-2481.
- IceCube Collaboration; Aartsen, M. G.; Ackermann, M.; Adams, J.; Aguilar, J. A.; Ahlers, M.; Ahrens, M.; Altmann, D.; Anderson, T. (2 вересня 2014). Observation of High-Energy Astrophysical Neutrinos in Three Years of IceCube Data. Physical Review Letters. 113 (10): 101101. arXiv:1405.5303. Bibcode:2014PhRvL.113j1101A. doi:10.1103/PhysRevLett.113.101101. PMID 25238345.
- The IceCube Collaboration; Fermi-LAT; MAGIC; AGILE; ASAS-SN; HAWC; H.E.S.S.; INTEGRAL; Kanata (13 липня 2018). Multimessenger observations of a flaring blazar coincident with high-energy neutrino IceCube-170922A. Science (англ.). 361 (6398): eaat1378. arXiv:1807.08816. Bibcode:2018Sci...361.1378I. doi:10.1126/science.aat1378. ISSN 0036-8075. PMID 30002226.
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Nejtrinna astronomiya galuz astronomiyi sho sposterigaye astronomichni ob yekti v specialnih observatoriyah za dopomogoyu nejtrinnih detektoriv Nejtrino mozhut utvoryuvatisya v rezultati riznih yadernih reakcij pid chas zoryanogo nukleosintezu v astrofizichnih yavishah visokoyi energiyi v yadernih reaktorah abo pid chas vzayemodiyi kosmichnih promeniv z atmosferoyu Cherez duzhe slabku vzayemodiyu z rechovinoyu nejtrino nadaye unikalnu mozhlivist sposterigati za procesami nedostupnimi dlya optichnih teleskopiv takimi yak yaderni reakciyi v nadrah Soncya Optichnij modul vid nejtrinnogo teleskopa zanurenij v akvarium z vodoyu Nejtrinni teleskopi skladayutsya iz soten chi tisyach optichnih moduliv rozpodilenih u velikomu ob yemi Z inshogo boku cherez slabku vzayemodiyu z rechovinoyu nejtrinni detektori povinni buti duzhe velikimi chasto tisyachi tonn shob zbilshiti shans sho nejtrino z nimi provzayemodiye Detektori takozh mayut buti dobre ekranovani vid inshih viprominyuvan ta vikoristovuvati efektivne programne zabezpechennya dlya vidalennya fonovogo signalu Istoriya doslidzhennyaNejtrino vpershe bulo zareyestrovano v 1956 roci i Frederikom Rajnsom pid chas z vikoristannyam yadernogo reaktora yak dzherela nejtrino Yihnye vidkrittya bulo vidznacheno Nobelivskoyu premiyeyu z fiziki 1995 roku Za cim posliduvalo yake v 1965 roci majzhe odnochasno zdijsnili grupa Frederika Rajnsa na ridinnomu scintilyatori Kejs Vitvatersrand Irvajn na zolotomu rudniku u Pivdennij Africi i bombejsko osaksko daremska kolaboraciya na indijskij shahti V Kolar Gold Fildi viyavili kandidati v nejtrino na dva misyaci piznishe nizh v Ist Rendi ale same grupa z Kolar Gold Filda otrimala formalnij prioritet cherez publikaciyu svoyih rezultativ na dva tizhni ranishe U 1968 roci Rejmond Devis i Dzhon Bakal uspishno viyavili pershi sonyachni nejtrino v Devis spilno z yaponskim fizikom Masatosi Kosiboyu otrimali polovinu Nobelivskoyi premiyi z fiziki 2002 roku za novatorskij vnesok v astrofiziku zokrema za viyavlennya kosmichnih nejtrino insha polovina distalasya Rikkardo Dzhakkoni za vnesok u vidkrittya kosmichnih dzherel rentgenivskogo viprominyuvannya Pershe pokolinnya proyektiv pidvodnih nejtrinnih teleskopiv pochalosya z propoziciyi Mojseya Markova 1960 roku vstanoviti detektori gliboko v ozeri abo mori ta viznachati roztashuvannya zaryadzhenih chastinok za dopomogoyu cherenkovskogo viprominyuvannya Pershij pidvodnij nejtrinnij teleskop buv zapochatkovanij yak proyekt DUMAND v 1976 roci Hocha vin zreshtoyu buv skasovanij u 1995 roci vin stav poperednikom bagatoh inshih teleskopiv u nastupni desyatilittya Bajkalskij nejtrinnij teleskop vstanovleno v pivdennij chastini ozera Bajkal u Rosiyi Detektor perebuvaye na glibini 1 1 km i rozpochav sposterezhennya v 1980 roci Artemivskij scintilyacijnij detektor ASD znahoditsya v solyanij shahti Soledar Ukrayina na glibini ponad 100 m Vin buv stvorenij u viddili visokoenergetichnih leptoniv ta nejtrinnoyi astrofiziki Institutu yadernih doslidzhen AN SRSR v 1969 roci dlya vivchennya potokiv antinejtrino vid vibuhnuvshih v Galaktici zirok a takozh spektru ta vzayemodiyi myuoniv kosmichnih promeniv z energiyami do 10 13 eV Osoblivistyu detektora ye 100 tonnij scintilyacijnij rezervuar iz rozmirami poryadku dovzhini elektromagnitnogo zlivu z pochatkovoyu energiyeyu 100 GeV Metodi doslidzhennyaDokladnishe Nejtrinnij detektor Prikladi nejtralnih strumivPrikladi zaryadzhenih strumivNejtrinnij detektor IceCube na Pivdennomu polyusi Fotoelektronni pomnozhuvachi znahodyatsya pid bilsh nizh kilometrovim sharom lodu ta viyavlyayut fotoni vid vzayemodiyi nejtrino v mezhah kubichnogo kilometra lodu Nejtrino nadzvichajno ridko vzayemodiyut z rechovinoyu tomu perevazhna bilshist nejtrino prohodit cherez detektor ne vzayemodiyuchi Shob zbilshiti kilkist viyavlenih nejtrino dovoditsya vikoristovuvati duzhe veliki detektori Sposib viyavlennya nejtrino zalezhit vid energiyi ta tipu nejtrino Vidomim prikladom ye vzayemodiya elektronnih nejtrino z yadrami atomiv u detektori za dopomogoyu zvorotnogo beta rozpadu zi stvorennyam pozitrona j nejtrona Pozitron negajno anigilyuye z elektronom utvoryuyuchi dva fotoni z energiyeyu 511 keV Nejtron zahoplyuyetsya inshim yadrom z vivilnennyam gamma viprominyuvannya energiyeyu v kilka MeV Zagalom nejtrino mozhut vzayemodiyati cherez nejtralnij strum abo zaryadzhenij strum Pri vzayemodiyi cherez nejtralnij strum nejtrino vzayemodiye z yadrom abo elektronom zberigayuchi svij aromat U vzayemodiyah cherez zaryadzhenij strum nejtrino poglinayetsya yadrom utvoryuyuchi lepton sho vidpovidaye aromatu nejtrino ne e displaystyle ce nu e gt e nm m displaystyle ce nu mu gt mu tosho Yaksho utvoreni v cih reakciyah zaryadzheni chastinki ruhayutsya dostatno shvidko voni mozhut stvoriti cherenkovske viprominyuvannya Dlya sposterezhennya vzayemodij nejtrino v detektorah vikoristovuyut fotoelektronni pomnozhuvachi dlya viyavlennya okremih fotoniv Za chasom nadhodzhennya fotoniv mozhna viznachiti chas i misce vzayemodiyi nejtrino Yaksho nejtrino pid chas vzayemodiyi stvoryuye myuon to vin ruhayetsya po pryamij viprominyuyuchi vzdovzh svoyeyi trayektoriyi cherenkovski fotoni yaki mozhna vikoristovuvati dlya rekonstrukciyi napryamku ruhu myuona Dlya visokoenergetichnih vzayemodij napryamki nejtrino ta myuoniv odnakovi tomu mozhna viznachiti zvidki prijshlo nejtrino Energiyu nejtrino mozhna viznachiti z kilkosti vipushenih fotoniv Zvazhayuchi na duzhe slabkij signal slid minimizuvati dzherela fonovogo shumu Detektori mayut buti zahisheni velikoyu ekranuyuchoyu masoyu i tomu yih buduyut gliboko pid zemleyu abo pid vodoyu sho zahishaye vid bilshosti kosmichnih promeniv Oskilki zhodna insha vidoma chastinka ne mozhe peretnuti vsyu Zemlyu detektor nalashtovuyut loviti myuoni yaki ruhayutsya vgoru Nezvazhayuchi na zusillya z ekranuvannya pevne fonove viprominyuvannya neminuche potrapit u detektor chasto cherez radioaktivni domishki v samomu detektori Yaksho nemozhlivo vidrizniti fonovij signal vid spravzhnogo dlya modelyuvannya fonu dovoditsya vikoristati modelyuvannya za metodom Monte Karlo Hocha mozhe buti nevidomo chi ye kozhna okrema podiya fonom chi signalom mozhna viyaviti perevishennya kilkosti podij nad fonovim rivnem sho oznachaye nayavnist signalu ZastosuvannyaKoli astronomichni tila taki yak Sonce vivchayutsya za dopomogoyu svitla mozhna bezposeredno sposterigati lishe poverhnyu ob yekta Bud yake svitlo utvorene v yadri zori bude vzayemodiyati z chastinkami gazu v zovnishnih sharah zori i jtime do poverhni zori protyagom soten tisyach rokiv sho unemozhlivlyuye pryame sposterezhennya yadra Nejtrino takozh utvoryuyutsya v yadrah zir v rezultati zoryanogo nukleosintezu odnak vihodyat nazovni majzhe ne vzayemodiyuchi z rechovinoyu tomu za dopomogoyu nejtrinnoyi astronomiyi mozhna sposterigati bezposeredno yadro zori Takozh buli viyavleni nejtrino vid nadnovih a kilka nejtrinnih eksperimentiv navit stvorili sistemu rannogo poperedzhennya pro nadnovi shukayuchi pershi oznaki vibuhiv nadnovih u viglyadi zbilshennya potoku nejtrino Vedutsya poshuki nejtrino z inshih dzherel takih yak aktivni yadra galaktik ta gamma spalahi Poperedzhennya pro nadnovi Sim nejtrinnih eksperimentiv Super Kamiokande LVD IceCube KamLAND Borexino Daya Bay i HALO pracyuyut razom yak sistema rannogo poperedzhennya pro nadnovi zori Pid chas kolapsu yadra nadnovoyi dev yanosto dev yat vidsotkiv vivilnenoyi energiyi unositsya nejtrino Poki fotoni mozhut shukati shlyah nazovni zi shilnogo yadra nadnovoyi protyagom godin nejtrino zdatni dosyagti yiyi poverhni za sekundi Oskilki nejtrino ruhayutsya majzhe zi shvidkistyu svitla voni mozhut dijti do Zemli ranishe nizh fotoni Yaksho dva chi bilshe detektoriv SNEWS sposterigayut odnochasne zbilshenogo potoku nejtrino profesijnim astronomam i astronomam lyubitelyam nadsilayetsya poperedzhennya shob voni shukali nadnovu na pevnij dilyanci neba Procesi u zoryah Proton protonnij lancyuzhok termoyadernogo sintezu sho vidpovidaye za bilshu chastinu energiyi Soncya Sonce yak i inshi zori otrimuye energiyu za rahunok yadernogo sintezu v svoyemu yadri Fotoni vihodyat z yadra bagato tisyach rokiv bagatorazovo rozsiyuyuchis na navkolishnij rechovini i vikonuyuchi vipadkovi blukannya i yedinim sposobom otrimati dani pro yaderni procesi na Sonci v realnomu chasi ye nejtrino Isnuye dva osnovni procesi yadernogo sintezu zir Pershij ce proton protonnij lancyuzhok u yakomu protoni zlivayutsya u gelij inkoli timchasovo stvoryuyuchi na comu shlyahu vazhchi elementi litiyu beriliyu ta boru Drugij vuglecevo azotnij cikl u yakomu vuglec poglinaye protoni poslidovno peretvoryuyuchis na azot i kisen a potim vivilnyaye yadro geliyu v hodi alfa rozpadu pochinayuchi cikl znovu Proton protonnij lancyuzhok ye osnovnim procesom na Sonci todi yak vuglecevo azotnij cikl dominuye v zoryah masivnishih za Sonce Kozhna stadiya procesu maye dozvolenij spektr energiyi dlya nejtrino abo navit diskretnu energiyu nejtrino dlya procesiv elektronnogo zahoplennya Vidnosni shvidkosti yadernih procesiv na Sonci mozhna viznachiti za sposterezhennyami jogo nejtrinnogo potoku na riznih energiyah Ce dozvolyaye zrozumiti parametri Soncya napriklad jogo metalichnist Sklad ta struktura Zemli Model vnutrishnoyi budovi Zemli viznachena z sejsmichnih danih Nejtrino dast nezalezhnu perevirku ciyeyi modeli Vseredini Zemli mistyatsya taki radioaktivni elementi yak 238U i 232Th i produkti yihnogo rozpadu a takozh 40K Pid chas beta rozpadu voni viprominyuyut antinejtrino yaki mozhna reyestruvati nejtrinnimi detektorami Energiya cih antinejtrino zalezhit vid tipu batkivskogo yadra Vimiryuyuchi ci antinejtrino detektor Borexino ociniv zagalne energovidilennya v yadri Zemli ta vstanoviv sho vidnosna poshirenist 238U i 232Th v yadri taka zh sama yak u hondritovih meteoritah Dlya nejtrino z energiyeyu v kilka TeV jmovirnist poglinannya pid chas prohodzhennya kriz Zemlyu ye dostatno velikoyu zmenshennya potoku takih nejtrino vid vidomih astrofizichnih dzherel mozhna bulo vikoristovuvati dlya nejtrinnoyi tomografiyi Zemli U 2018 roci dani IceCube buli vikoristani dlya pidgonki p yatisharovoyi modeli vnutrishnoyi budovi Zemli pid sposterezhni dani dlya rozpodilu vishidnih nejtrino za energiyami j napryamkami j otrimanij rozpodil gustin dobre uzgodivsya z sejsmichnimi ta gravitacijnimi danimi Pohibki cogo metodu zalishayutsya velikimi ale ochikuyetsya sho majbutni dani IceCube i KM3NeT dopomozhut pokrashiti tochnist cogo metodu Visokoenergetichni astrofizichni podiyi Okrim pervinnih astrofizichnih nejtrino sho prihodyat bezposeredno z kosmosu detektori reyestruyut takozh vtorinni atmosferni nejtrino utvoreni v rezultati rozpadu pioniv ta kaoniv narodzhenih pid chas vzayemodiyi kosmichnih promeniv z atmosferoyu Zemli Pri nizkih energiyah potik atmosfernih nejtrino v bagato raziv perevishuye astrofizichni nejtrino odnak na visokih energiyah 100 TeV dominuyut astrofizichni nejtrino i same yih vikoristovuyut dlya doslidzhennya visokoenergetichnih astrofizichni podij Te sho nejtrino na vidminu vid kosmichnih promeniv slabko vzayemodiye j majzhe ne vidhilyayetsya vid svogo pochatkovogo napryamku zabezpechuye vidnosno visoku kutovu rozdilnu zdatnist nejtrinnoyi astronomiyi Sposterezhennya na riznih dovzhinah hvil buli vikoristani shob pokazati sho sposterezhuvani nejtrino i pohodyat vid dalekogo blazara Z chasom sposterezhennya nejtrino maye vse bilshe vikoristovuvatis dlya dopovnennya elektromagnitnih i gravitacijnih sposterezhen yak skladova chastina bagatokanalnoyi astronomiyi Div takozhNejtrinnij detektor Gravitacijno hvilova odnak na visokih energiyah 100 TeV Dlya provedennya nejtrinnoyi astronomiyi ob yektiv visokoyi energiyi eksperimenti pokladayutsya na nejtrino z najvishoyu energiyeyu Div takozhNejtrinnij detektor Gravitacijno hvilova astronomiya Super Kamiokande Observatoriya Kamioka Nejtrinne reliktove viprominyuvannya Sonyachna nejtrinna odinicyaPrimitkiCowan C L Jr Reines F Harrison F B Kruse H W McGuire A D 1956 Detection of the free neutrino A Confirmation Science 124 3124 103 104 Bibcode 1956Sci 124 103C doi 10 1126 science 124 3212 103 PMID 17796274 The Nobel Prize in Physics 1995 Nobel Foundation Procitovano 24 sichnya 2013 Reines F ta in 1965 Evidence for high energy cosmic ray neutrino interactions Physical Review Letters 15 9 429 433 Bibcode 1965PhRvL 15 429R doi 10 1103 PhysRevLett 15 429 Achar C V ta in 1965 Detection of muons produced by cosmic ray neutrinos deep underground 18 2 196 199 Bibcode 1965PhL 18 196A doi 10 1016 0031 9163 65 90712 2 Spiering C 2012 Towards High Energy Neutrino Astronomy 37 3 515 565 arXiv 1207 4952 Bibcode 2012EPJH 37 515S doi 10 1140 epjh e2012 30014 2 Davis R Jr Harmer D S Hoffman K C 1968 A search for neutrinos from the Sun Physical Review Letters 20 21 1205 1209 Bibcode 1968PhRvL 20 1205D doi 10 1103 PhysRevLett 20 1205 The Nobel Prize in Physics 2002 Nobel Foundation Procitovano 24 sichnya 2013 Spiering C 2012 Towards High Energy Neutrino Astronomy 37 3 515 565 arXiv 1207 4952 Bibcode 2012EPJH 37 515S doi 10 1140 epjh e2012 30014 2 Markov M A 1960 On high energy neutrino physics U Sudarshan E C G Tinlot J H Melissinos A C red Proceedings of the 1960 Annual International Conference on High Energy Physics University of Rochester s 578 Spiering C 2012 Towards High Energy Neutrino Astronomy 37 3 515 565 arXiv 1207 4952 Bibcode 2012EPJH 37 515S doi 10 1140 epjh e2012 30014 2 Borexino Collaboration Agostini M Altenmuller K Appel S Atroshchenko V Bagdasarian Z Basilico D Bellini G Benziger J 21 sichnya 2020 Comprehensive geoneutrino analysis with Borexino Physical Review D 101 1 012009 arXiv 1909 02257 Bibcode 2020PhRvD 101a2009A doi 10 1103 PhysRevD 101 012009 Arns Robert G 1 veresnya 2001 Detecting the Neutrino Physics in Perspective angl 3 3 314 334 Bibcode 2001PhP 3 314A doi 10 1007 PL00000535 ISSN 1422 6944 Reddy Sanjay Prakash Madappa Lattimer James M 28 travnya 1998 Neutrino interactions in hot and dense matter Physical Review D 58 1 013009 arXiv astro ph 9710115 Bibcode 1998PhRvD 58a3009R doi 10 1103 PhysRevD 58 013009 Borexino Collaboration Agostini M Altenmuller K Appel S Atroshchenko V Bagdasarian Z Basilico D Bellini G Benziger J 21 sichnya 2020 Comprehensive geoneutrino analysis with Borexino Physical Review D 101 1 012009 arXiv 1909 02257 Bibcode 2020PhRvD 101a2009A doi 10 1103 PhysRevD 101 012009 The IceCube Collaboration Fermi LAT MAGIC AGILE ASAS SN HAWC H E S S INTEGRAL Kanata 13 lipnya 2018 Multimessenger observations of a flaring blazar coincident with high energy neutrino IceCube 170922A Science angl 361 6398 eaat1378 arXiv 1807 08816 Bibcode 2018Sci 361 1378I doi 10 1126 science aat1378 ISSN 0036 8075 PMID 30002226 Borexino Collaboration Agostini M Altenmuller K Appel S Atroshchenko V Bagdasarian Z Basilico D Bellini G Benziger J 21 sichnya 2020 Comprehensive geoneutrino analysis with Borexino Physical Review D 101 1 012009 arXiv 1909 02257 Bibcode 2020PhRvD 101a2009A doi 10 1103 PhysRevD 101 012009 The Borexino Collaboration 26 listopada 2020 Experimental evidence of neutrinos produced in the CNO fusion cycle in the Sun Nature angl 587 7835 577 582 arXiv 2006 15115 Bibcode 2020Natur 587 577B doi 10 1038 s41586 020 2934 0 ISSN 0028 0836 PMID 33239797 Davis Jonathan H 15 listopada 2016 Projections for Measuring the Size of the Solar Core with Neutrino Electron Scattering Physical Review Letters 117 21 211101 arXiv 1606 02558 Bibcode 2016PhRvL 117u1101D doi 10 1103 PhysRevLett 117 211101 PMID 27911522 Gelmini G B Kusenko A Weiler T J 18 May 2010 Through Neutrino Eyes Ghostly Particles Become Astronomical Tools Scientific American T 302 5 s 38 45 doi 10 1038 scientificamerican0510 38 PMID 20443376 Procitovano 28 listopada 2013 Vigorito C the SNEWS Working Group 10 serpnya 2011 SNEWS The Supernova Early Warning System Journal of Physics Conference Series 309 1 012026 Bibcode 2011JPhCS 309a2026V doi 10 1088 1742 6596 309 1 012026 ISSN 1742 6596 What is SNEWS snews bnl gov Procitovano 18 bereznya 2021 The Borexino Collaboration October 2018 Comprehensive measurement of pp chain solar neutrinos Nature angl 562 7728 505 510 Bibcode 2018Natur 562 505B doi 10 1038 s41586 018 0624 y ISSN 0028 0836 PMID 30356186 The Borexino Collaboration 26 listopada 2020 Experimental evidence of neutrinos produced in the CNO fusion cycle in the Sun Nature angl 587 7835 577 582 arXiv 2006 15115 Bibcode 2020Natur 587 577B doi 10 1038 s41586 020 2934 0 ISSN 0028 0836 PMID 33239797 The Borexino Collaboration 26 listopada 2020 Experimental evidence of neutrinos produced in the CNO fusion cycle in the Sun Nature angl 587 7835 577 582 arXiv 2006 15115 Bibcode 2020Natur 587 577B doi 10 1038 s41586 020 2934 0 ISSN 0028 0836 PMID 33239797 Bellini G ta in 19 kvitnya 2010 Observation of geo neutrinos Physics Letters B angl 687 4 5 299 304 arXiv 1003 0284 Bibcode 2010PhLB 687 299B doi 10 1016 j physletb 2010 03 051 ISSN 0370 2693 Borexino Collaboration Agostini M Altenmuller K Appel S Atroshchenko V Bagdasarian Z Basilico D Bellini G Benziger J 21 sichnya 2020 Comprehensive geoneutrino analysis with Borexino Physical Review D 101 1 012009 arXiv 1909 02257 Bibcode 2020PhRvD 101a2009A doi 10 1103 PhysRevD 101 012009 Donini Andrea Palomares Ruiz Sergio Salvado Jordi January 2019 Neutrino tomography of Earth Nature Physics angl 15 1 37 40 arXiv 1803 05901 doi 10 1038 s41567 018 0319 1 ISSN 1745 2481 IceCube Collaboration Aartsen M G Ackermann M Adams J Aguilar J A Ahlers M Ahrens M Altmann D Anderson T 2 veresnya 2014 Observation of High Energy Astrophysical Neutrinos in Three Years of IceCube Data Physical Review Letters 113 10 101101 arXiv 1405 5303 Bibcode 2014PhRvL 113j1101A doi 10 1103 PhysRevLett 113 101101 PMID 25238345 The IceCube Collaboration Fermi LAT MAGIC AGILE ASAS SN HAWC H E S S INTEGRAL Kanata 13 lipnya 2018 Multimessenger observations of a flaring blazar coincident with high energy neutrino IceCube 170922A Science angl 361 6398 eaat1378 arXiv 1807 08816 Bibcode 2018Sci 361 1378I doi 10 1126 science aat1378 ISSN 0036 8075 PMID 30002226