Нейтрино — одна з найневловиміших частинок у космосі, що поступається лише надзагадковій темній матерії. Вони беруть участь у слабкій ядерній взаємодії та відповідають за ядерний синтез та розпад. Щоразу, коли відбувається щось ядерне, там є нейтрино. Наприклад, сонячне ядро є гігантською реакцією ядерного синтезу, тому, звісно, воно виробляє досить багато нейтрино. Вчені кажуть, якби була можливість піднести великий палець до Сонця, приблизно 60 млрд нейтрино проходитимуть через ніготь великого пальця щосекунди. Але нейтрино настільки рідко взаємодіють з матерією, що, попри те, що трильйони і трильйони їх проходять через ваше тіло кожну секунду, за все ваше життя загальна кількість нейтрино, які справді вразять ваше тіло, становить не більше одного.
Нейтрино настільки примарні, що протягом десятиліть фізики припускали, що ці частинки зовсім не мають маси і подорожують Всесвітом зі швидкістю світла. Останні дослідження довели, що нейтрино таки небагато, але важать. Точна кількість маси є предметом активних наукових досліджень. Існує три види нейтрино: електронне нейтрино, мюонне нейтрино та тау-нейтрино. Кожен з них бере участь у різних видах ядерних реакцій, і, на жаль, всі три типи нейтрино мають дивну здатність змінювати одну ідентичність на іншу в міру своєї подорожі.
Маса нейтрино не має пояснення у Стандартній моделі фізики елементарних частинок, нашої сучасної та кращої теорії фундаментальних взаємодій. Таким чином, фізики хотіли б зробити дві речі: виміряти маси трьох різновидів нейтрино та зрозуміти, звідки беруться ці маси. Це означає, що вони мають провести безліч експериментів.
Експеримент Каміоканде в Японії, наприклад, дозволив виявити нейтрино, що випускаються надновою зіркою 1987A. Для цього їм знадобився чан із понад 50 тис тонн води. Нейтринна обсерваторія IceCube в Антарктиді вирішила підвищити планку. Ця обсерваторія складається з твердого кубічного кілометра льоду на Південному полюсі з десятками ниток приймачів розміром з Ейфелеву вежу, занурених на кілометр у лід. Після десяти років роботи IceCube виявив одні з найенергійніших нейтрино за всю історію та зробив перші кроки до з’ясування їхнього походження.
Теж цікаво:
- Відтворено перші частки у Всесвіті. Спойлер: вони виглядають дивно
- Українські фізики долучилися до відкриття нової елементарної частинки – одерона
Чому і Kamiokande та IceCube використовують так багато води? Вчені кажуть, що детектором нейтрино може бути великий шматок практично чого завгодно, але ідеально підходить саме чиста вода. Коли один з трильйонів нейтрино, що пролітають, стикається з випадковою молекулою води, вона випускає короткий спалах світла. Обсерваторії містять сотні фоторецепторів, а чистота води дозволяє цим детекторам дуже точно визначати напрямок, кут та інтенсивність спалаху (якби у воді були домішки, то було б важко реконструювати, звідки виходив спалах усередині обсягу).
Ці дослідження підходять для пошуку для звичайних, «повсякденних» нейтрино. Але найенергійніші нейтрино надзвичайно рідкісні — при цьому саме вони є найбільш захоплюючими та цікавими, тому що вони можуть бути викликані лише найбільшими гігантськими подіями у Всесвіті.
На жаль, вся міць IceCube після десятирічного спостереження змогла зафіксувати лише жменьку цих надпотужних нейтрино. Команда ініціативи Pacific Ocean Neutrino Experiment (P-ONE) запропонувала перетворити відокремлений, але величезний шматок Тихого океану на нейтринний детектор. Передбачається, що довгі, кілометрові нитки фотодетекторів опустять на дно океану, прикріпивши до них поплавки, щоби детектори стояли у воді вертикально, як гігантські механічні водорості.
Наразі конструкція P-ONE включає сім 10-струнних кластерів, кожна з яких містить 20 оптичних елементів. Це загалом 1400 фотодетекторів, що плавають у Тихому океані на відстані кількох кілометрів. Коли нейтрино потраплять до океанської води і зроблять невеликий спалах — детектори зможуть його відстежити.
Але Тихий океан далеко не чистий, із сіллю, планктоном та всілякими риб’ячими відходами, що плавають навколо. Це змінить поведінку світла між нитками, що ускладнить точний вимір. Тому вчені відзначили, що експеримент потребуватиме постійного калібрування для коригування всіх змінних та надійного відстеження нейтрино. Однак команда P-ONE займається цим питанням і вже планує створити меншу демо-версію з двох потоків як доказ концепції.
Читайте також:
- Астрофізики вперше простежили за злиттям нейтронних зірок і чорних дір
- Нещодавно відкрита гібридна частинка може змінити електроніку