Геонейтрино

Геонейтрино — це нейтрино або антинейтрино, які випускаються при розпаді природних ${\displaystyle \beta }$-ізотопів всередині Землі. Нейтрино — найлегші з відомих субатомних частинок, у них відсутні вимірювані електромагнітні властивості і вони взаємодіють лише посередництвом слабкої ядерної взаємодії.

Основний внесок у природну радіоактивність Землі дають довгоживучі ізотопи ${\displaystyle \mathrm {{}^{238}U,\,\,{}^{232}Th,\,\,{}^{40}K} .}$ Природна радіоактивність Землі є потужним тепловим джерелом, яке впливає на теплову історію нашої планети. Знання вмісту радіоактивних елементів у її глибинах необхідне для вирішення багатьох проблем геофізики. Механізм генерації тепла у надрах планети є фундаментальною проблемою геології. За даними вимірів це тепло складає ${\displaystyle 47\pm 2}$ ТВт. Основними джерелами тепла у Землі є радіогенне тепло та тепло, яке запаслося планетою під час гравітаційної диференціації речовини. Внесок інших джерел не перевищує 1 % від повного тепловиділення.

Інтерес до вивчення геонейтринних потоків виник паралельно із недавнім розвитком сцинтиляційних детекторів великого об'єму, які мають достатню чутливість для реєстрації потоків антинейтрино на рівні ${\displaystyle \sim 10^{6}}$ см⁻² с⁻¹ із енергіями декілька МеВ. Визначення потоків геонейтрино дозволить зрозуміти радіогенний внесок у повне генерування тепла Землею; скільки урану й торію містить земна кора та мантія; чи існує у центрі Землі геореактор або прихований надлишок ${\displaystyle \mathrm {{}^{40}K} }$?

Історія

Експериментальна нейтринна геофізика почалася як наука у 2005 році, з першої публікації на цю тему колаборації . Існування геонейтрино та, відповідно, внеску радіоактивних елементів у розігрів Землі, підтверджено на рівні ${\displaystyle 4.2\sigma }$ та ${\displaystyle 5.9\sigma }$ незалежно у двох експериментах: KamLAND та відповідно.

Сьогодні можна стверджувати, що екзотичні сценарії розігріву Землі за рахунок внутрішнього реактора практично виключені, внесок такого реактора у повну генерацію тепла із ймовірність 95 % не перевищує 4,5 ТВт за даними детектора Borexino або 3,7 ТВт за даними KamLAND.

Ідея виміру складу Землі заснована на залежності нейтринних осциляцій від щільності електронів у середовищі (). Резонансні осциляції атмосферних нейтрино всередині Землі можуть бути інструментом для визначення хімічного складу земного ядра. Однією з задач проекта PINGU буде нейтринна томографія Землі.

Примітки

1. (PDF). Архів оригіналу (PDF) за 9 червня 2020.
2. Наумов Д.В. Измерение θ13, m32 и ковариантная квантово-полевая теория нейтринных осцилляций.