Astronomi Neutrino masih sangat muda - baru berusia sekitar dua dekade. Para ilmuwan percaya bahwa studi tentang partikel terkecil dan sangat sulit untuk dideteksi dapat memberi kita informasi baru tentang objek yang jauh lebih besar yang tidak dapat kita peroleh dengan cara lain.
Neutrino adalah salah satu partikel yang diprediksi oleh fisikawan bahkan sebelum deteksi eksperimental. Dalam fisika partikel elementer ada konsep seperti "peluruhan beta", di mana inti atom memancarkan partikel, yaitu elektron yang kita kenal. Fenomena itu sendiri ditemukan pada akhir abad ke-19, dan pada tahun 1914, James Chadwick (penemu masa depan neutron) merekam spektrum energinya. Menjadi jelas bahwa elektron yang dihasilkan dipancarkan ke luar angkasa, membawa energi kinetik apa pun, dan, sebagai aturan, kurang dari yang diharapkan.
Ini adalah tantangan serius bagi pikiran ilmiah: energi menghilang ke arah yang tidak diketahui. Hukum kekekalan energi, dasar dari dasar fisika modern, dipertanyakan.
Pada tahun 1930, Wolfgang Pauli mengusulkan model peluruhan, sebagai akibatnya, selain elektron, partikel lain terbentuk. Dia membawa kelebihan energi. Untuk menjawab pertanyaan "Mengapa partikel ini belum ditemukan oleh para peneliti?" itu diperlukan untuk mengasumsikan bahwa itu hampir tidak berinteraksi dengan materi.
Itu adalah ide yang sangat berani, rupanya, itulah sebabnya Pauli mempresentasikannya bukan dalam artikel jurnal, tetapi dalam bentuk surat terbuka kepada para peserta simposium di Tübingen. Beberapa tahun kemudian, Enrico Fermi mengembangkan teori peluruhan yang ekstensif. Dia juga memperkenalkan nama modern ke dalam sirkulasi: "neutrino" dalam bahasa Italia berarti "neutron kecil". Pauli sendiri menyebut partikel itu sebagai neutron, tetapi nama ini kemudian diberikan kepada objek lain dari dunia mikro. Dia juga berdebat dengan temannya, astronom V. Baade, pada sebotol sampanye, bahwa partikel yang diprediksi tidak akan terdeteksi secara eksperimental selama kehidupan para pihak yang berselisih. Tidak jelas bagaimana dia berencana untuk menerima kemenangan, tetapi bagaimanapun, dia bertaruh. Neutrino pertama kali direkam pada tahun 1953, dan Pauli meninggal lima tahun kemudian. Sejarah diam tentang apakah dia membeli sampanye untuk temannya.
Objek studi
Neutrino adalah partikel yang sangat kecil. Sampai saat ini, umumnya tidak jelas apakah dia memiliki massa. Dalam beberapa tahun terakhir, telah menjadi jelas bahwa ada, tetapi sangat kecil. Nilai pastinya tidak diketahui saat ini, dan perkiraan yang tersedia secara umum bermuara pada fakta bahwa neutrino sekitar 10 kali lipat lebih ringan dari proton. Berat belalang (sekitar 1 gram) berkorelasi dengan cara yang kira-kira sama dengan perpindahan kapal induk nuklir modern George Bush (sekitar 100 ribu ton).
Partikel tidak memiliki, atau hampir tidak memiliki muatan listrik - eksperimen belum memberikan jawaban yang jelas, dan dari semua interaksi fisik mendasar, partikel hanya berpartisipasi dalam interaksi lemah dan gravitasi.
Neutrino dibagi menjadi tiga generasi (dalam literatur ada variasi sebutan ini, seperti "rasa"): elektron, muon dan tau neutrino. Mereka biasanya terdaftar dalam buku pintar dalam urutan ini, dan ini bukan kebetulan - ini adalah bagaimana urutan pembukaannya ditampilkan. Selain itu, ada juga antineutrino - antipartikel dari tiga jenis berbeda, sesuai dengan yang "biasa". Neutrino dari generasi yang berbeda dapat secara spontan berubah menjadi satu sama lain. Para ilmuwan menyebut ini "osilasi neutrino" dan telah dianugerahi Hadiah Nobel Fisika 2015 untuk penemuan mereka.
Ada hipotesis bahwa, selain tiga generasi neutrino yang terdaftar, ada juga neutrino steril keempat, yang hak istimewanya adalah tidak berpartisipasi dalam interaksi yang lemah. Mungkin merekalah yang menyusun materi gelap yang belum kita temukan. Tidak diketahui apakah neutrino seperti itu benar-benar ada, tetapi jika memang ada, maka deteksi mereka menjanjikan tugas yang benar-benar tidak sepele.
Apakah mereka?
Neutrino adalah hasil dari reaksi nuklir (dan termonuklir, kami tidak akan memisahkannya lebih lanjut). Ada banyak dari mereka, sulit dipahami. Menurut perhitungan fisikawan teoretis, untuk setiap nukleon (yaitu, proton atau neutron) di Semesta, ada sekitar 109 neutrino. Namun demikian, hidup dalam "sup" ini, kami tidak menyadarinya sama sekali. Partikel melewati kita seolah-olah kita tidak ada di sana.
Jika suatu neutrino kadang-kadang terbang melalui dinding timah, maka jalur bebas partikel di dalamnya rata-rata adalah 1015 km. Jarak ini cukup besar dalam skala galaksi - dari planet kita ke pusat Galaksi hanya sepuluh kali lebih besar. Tentu saja, nilai seperti itu berarti bahwa pendaftaran neutrino individu dalam detektor dengan ukuran yang mungkin secara teknis adalah realistis jika ada banyak partikel. Biarkan salah satu dari mereka datang. Ini tidak mengherankan jika Anda mempertimbangkan jumlah sebenarnya. Jadi, di Bumi, sekitar 6x10 terbang melalui area sentimeter persegi setiap detik6 neutrino yang terbentuk di Matahari. Dan statistik biasa dari peristiwa neutrino untuk detektor modern, yang berukuran lebih dari satu sentimeter, adalah beberapa atau selusin pertama per tahun.
Daya tembus neutrino yang sangat besar, selain kesulitan dalam pendaftaran, juga berarti manfaat yang jelas. Neutrino adalah partikel yang terbang langsung dari tempat pembentukannya, tanpa menyimpang kemana-mana. Dalam kebanyakan kasus, arah kedatangan dapat ditentukan dengan akurat, dan dengan energi neutrino seringkali (tetapi tidak selalu) mungkin untuk mengatakan reaksi seperti apa partikel itu. Yang pertama dari sifat-sifat ini secara menguntungkan membedakan neutrino dari semua partikel kosmik lainnya, yang dalam perjalanannya kepada kita dipengaruhi oleh faktor-faktor eksternal dalam bentuk medan magnet dan gravitasi, serta materi yang buram bagi mereka.
Kesulitan dan pesona
Detektor modern tidak mendaftarkan neutrino sendiri - ini belum mungkin. Objek pencatatannya adalah hasil interaksi partikel dengan zat yang mengisi detektor. Itu dipilih agar neutrino dengan energi tertentu yang menarik bagi pengembang bereaksi dengannya. Karena energi neutrino bergantung pada mekanisme pembentukannya, kita dapat mengasumsikan bahwa detektor dirancang untuk partikel asal tertentu.
Di sini kita melihat analogi dengan astronomi "elektromagnetik" yang biasa kita gunakan. Teleskop optik bahkan secara visual sangat berbeda dari saudara radionya, keduanya berasal dari teleskop sinar-X, dll. Perbedaannya bahkan lebih terlihat daripada dalam wadah "neutrino", di mana semua perangkat terlihat serupa secara formal. Namun, paralelnya tidak sepenuhnya benar - neutrino dengan energi berbeda terbentuk selama proses yang terjadi di benda langit yang berbeda, dan gelombang dengan frekuensi berbeda - pada frekuensi yang sama.
Fitur umum dari semua teleskop neutrino modern adalah tindakan yang ditujukan untuk melindungi peralatan dari semua partikel asing. Neutrino, meskipun jumlahnya banyak di alam, sangat jarang terdeteksi oleh detektor. Setiap suara asing dari partikel kosmik atau terestrial mungkin akan menenggelamkannya. Oleh karena itu, penempatan standar observatorium neutrino adalah di tambang atau, dalam beberapa kasus, di bawah air, sehingga lapisan di atasnya menghalangi radiasi yang tidak perlu. Lapisan ini juga dipilih dengan cermat - batuan, misalnya, harus sesedikit mungkin radioaktif. Granit tidak akan bekerja untuk kita, begitu juga tanah liat. Lokasi yang baik untuk detektor adalah tambang batu kapur yang bersih.
Persyaratan penting lainnya adalah berada sejauh mungkin dari pembangkit listrik tenaga nuklir. Reaktor nuklir yang berfungsi adalah sumber antineutrino yang sangat kuat, yang berlebihan dalam hal ini.
Arah terbaik untuk observatorium neutrino adalah menerima partikel dari bawah melalui planet kita. Untuk neutrino transparan, untuk yang lainnya tidak. Semacam filter alami.
Detektor modern menentukan peristiwa neutrino dengan "efek destruktifnya". Ketika partikel yang sulit dipahami tetap berinteraksi dengan substansi detektor, itu menyebabkan penghancuran inti atom asli dengan pembentukan beberapa partikel lain. Mereka kemudian ditemukan di detektor. Untuk menyebabkan reaksi seperti itu, neutrino harus memiliki energi sendiri tidak lebih rendah dari tingkat tertentu yang diperlukan untuk detektor tertentu. Oleh karena itu, teknologi modern selalu memiliki batas bawah - ia mencatat neutrino dengan energi di atas tingkat tertentu. Dalam urutan ini, kami akan mempertimbangkannya.
Pecahan Big Bang
Sekali waktu, alam semesta kecil dan sangat buram. Materi masa depan di dalamnya ditempatkan begitu padat sehingga bahkan neutrino tidak bisa terbang melewatinya. Zaman ini berlangsung, menurut konsep standar, untuk waktu yang sangat singkat: sekitar 1-3 detik. Kemudian ruang menjadi cukup besar, isinya ditempatkan lebih bebas, dan sejak itu hingga hari ini Semesta praktis transparan untuk neutrino.
Selama Big Bang dan peristiwa-peristiwa yang mengikutinya, banyak partikel kita yang terbentuk, kemungkinan besar hampir sama dengan jumlah foton. Yang terakhir, sekarang merupakan radiasi peninggalan, berlimpah di sekitar kita. Jika Anda menghitung berkeping-keping, maka jumlahnya sekitar satu miliar kali lebih banyak daripada proton dengan neutron.
Seperti foton, neutrino berangsur-angsur mendingin saat Semesta mengembang, dan sekarang suhunya sekitar 3-4 K. Lebih tepatnya, seharusnya seperti ini, tetapi belum diverifikasi.
Perbedaan mendasar antara foton relik dan neutrino relik adalah bahwa yang pertama mudah dikenali oleh teknologi modern, sedangkan yang kedua tidak. Kita berbicara tentang neutrino energi ultra-rendah, dan jenis detektor apa yang dapat "menangkap" mereka adalah pertanyaan besar. Teknologi modern tidak mampu mencapai prestasi seperti itu, dan di kalangan profesional diyakini secara luas bahwa itu tidak akan ada setidaknya sampai akhir abad ini.
Pada tahun 2010, tim ilmuwan dari Massachusetts Institute of Technology dilaporkan mencoba mendeteksi neutrino peninggalan dengan mengamati peluruhan inti tritium. Isotop hidrogen ini sangat tidak stabil, dan untuk "mendorong" intinya agar meluruh, dampak dari partikel apa pun dengan energi bukan nol sudah cukup. Belum lagi fakta bahwa ia dapat hancur sendiri, tanpa pengaruh eksternal (waktu paruh - 12 tahun). Melacak energi dari fragmen yang dihasilkan dan mengingat hukum kekekalan energi, orang dapat membedakan di antara mereka yang diperoleh dari inti yang meluruh secara spontan, dan yang ditindaklanjuti oleh beberapa kekuatan eksternal. Dalam kasus detektor yang terlindung dengan baik, ini dalam banyak kasus akan menjadi neutrino. Yang terakhir dapat dibagi menjadi neutrino berenergi tinggi, yang sudah banyak kita ketahui, dan neutrino berenergi rendah - peninggalan yang diperlukan.
Semuanya akan baik-baik saja, tetapi untuk implementasi ide ini, diperlukan teknik yang supersensitif untuk zaman sekarang. Mungkin, karena alasan inilah tidak ada berita tentang pembusukan tritium yang diterima di tahun-tahun berikutnya. Ini sangat disayangkan - penemuan relik neutrino dan kemungkinan untuk menghitungnya secara kasar akan sangat membantu para kosmolog dalam memahami bagaimana alam semesta terbentuk.
Neutrino surya
Sebenarnya, bintang kita adalah sumber neutrino yang persis sama, seperti bintang lainnya. Perbedaan utama adalah bahwa Matahari jauh lebih dekat, yang berarti ada lebih banyak neutrino surya di sekitar kita. Dengan demikian, kemungkinan deteksi mereka jauh lebih tinggi. Energi partikel yang dicari berada dalam kisaran dari ratusan keV hingga puluhan MeV.
Neutrino ini pertama kali ditemukan pada tahun 1967 di sebuah detektor yang ditempatkan di bekas tambang emas Homestake di South Dakota.
Pengoperasian detektor neutrino ini didasarkan pada metode klorin-argon: detektor adalah tangki tiga ratus tujuh puluh liter yang terletak pada kedalaman 1400 m dan diisi dengan tetrakloroetilen (C2Cl4). Selain isotop "biasa" 35Cl juga termasuk 37Cl, yang berinteraksi dengan neutrino, berubah menjadi argon radioaktif (37Ar) dengan waktu paruh 5 hari. Kemudian peralatan mencatat pembusukannya, yang dengannya deteksi neutrino ditentukan. Jalan sok seperti itu tidak bisa dihindari ketika menggunakan teknologi waktu itu dengan akurasi pengukurannya, tetapi itu sangat tidak rasional. Pukulan neutrino di detektor direkam lama setelah fakta itu sendiri dan dengan cara yang tidak memungkinkan penentuan arah partikel terbang.
Kini pencarian neutrino surya dilakukan di beberapa observatorium. Yang paling terkenal adalah Observatorium Borexino Neutrino di Italia. Kami akan membicarakannya, terlebih lagi karena desainnya khas dalam banyak hal.
Detektor observatorium terletak di kedalaman 1400 m di sebuah terowongan di bawah massif Gran Sasso. Massa batuan di atas stasiun dalam hal kapasitas penyaringan setara dengan 3,8 km air.
Instalasinya berlapis-lapis. Di luar adalah kubah baja yang diisi dengan 2.100 ton air ultra murni. Ketebalannya dilihat oleh tabung photomultiplier dan memainkan peran sekering melawan radiasi kosmik. Relatif sedikit muon kosmik yang berhasil mengatasi massa batuan, jatuh ke dalam air, bergerak lebih cepat dari kecepatan cahaya di dalamnya (perhatikan bahwa kita berbicara tentang kecepatan cahaya dalam media tertentu, dalam hal ini, dalam air). Ini berarti bahwa energi partikel dihabiskan untuk radiasi Cherenkov dalam rentang optik. Setelah mengenali lampu kilat, perangkat otomatis mematikan sistem deteksi selama dua milidetik, menghindari alarm palsu.
Ini bukan ide baru, perlindungan terhadap partikel kosmik diatur dengan cara yang hampir sama dalam percobaan pertama untuk mendeteksi neutrino pada tahun 1953.
Inti dari fasilitas ini adalah tangki baja bundar besar (berdiameter 13,7 meter) yang diisi dengan cairan berkilau (yaitu, bersinar ketika partikel pengion mengenai) cairan. Jumlah foton yang dipancarkan selama flash sebanding dengan energi yang diserap, sehingga dengan menghitung foton, Anda dapat menentukan energi partikel. Untuk mengumpulkan cahaya, 2212 photomultiplier dipasang di permukaan bagian dalam bola.
Lapisan luar sintilator (2, 6 meter) bertindak sebagai layar lain, menghalangi radiasi dari baja, yang pasti mengandung sejumlah elemen radioaktif.
Lapisan "bawang" berikutnya adalah bola nilon dengan diameter 8,5 meter, di dalamnya terdapat 278 ton cairan gemilang. Karena nilon juga mengandung unsur radioaktif, hanya kilatan yang dapat dideteksi dalam radius tiga meter dari pusat perangkap yang termasuk dalam "jumlah total". Diyakini bahwa kemungkinan penetrasi partikel asing di sana tidak lagi sangat tinggi.
Scintillator itu sendiri dibersihkan secara menyeluruh, akibatnya kandungan uranium dan thorium di dalamnya sekitar 10-18 Y y. Ini sangat kecil. Sebagai perbandingan, satu ton bahan alami apa pun (termasuk sintilator yang tidak dimurnikan) biasanya mengandung 0,1 hingga 1 g uranium dan thorium.
Teleskop neutrino yang digunakan saat ini mungkin sangat berbeda dalam detailnya, tetapi garis besarnya kira-kira sama: ruang bawah tanah dan desain "bawang" yang memberikan perlindungan dari semua sisi.
Observatorium Borexino dibangun untuk "menangkap" neutrino surya dengan energi sekitar 870 keV, terbentuk selama peluruhan beta terbalik berilium dalam salah satu reaksi yang diprediksi oleh para ahli teori. Seperti yang ditetapkan oleh pengukuran, reaksi seperti itu sebenarnya terjadi di bagian dalam Matahari.
Tingkat penekanan interferensi yang dicapai memungkinkan untuk beralih ke pendaftaran neutrino dengan energi lebih rendah - dari nol hingga 420 keV. Partikel tersebut terbentuk ketika dua proton bergabung untuk membentuk inti atom deuterium. Ada lebih banyak dari mereka, tetapi gangguan juga lebih kuat dalam kisaran ini. Karena itu, data neutrino praktis belum tercatat sejauh ini. Ternyata jumlah mereka yang sebenarnya (66 ± 7 miliar neutrino per sentimeter persegi per detik) sesuai dengan prediksi (60 miliar). Ini, tentu saja, angka yang dihitung; pada kenyataannya, instalasi mencatat rata-rata 144 neutrino per 100 ton massanya sendiri per hari.
Orang mungkin bertanya, seberapa penting semua ini jika para ahli teori memprediksi semuanya dengan benar? Sayangnya, seseorang tidak dapat melihat langsung ke kedalaman Matahari, seseorang hanya dapat mengamati partikel yang dipancarkan olehnya. Model teoretis, tentu saja, adalah hal yang baik, tetapi bisa berbeda, dan dalam hal ini Anda harus memilih di antara mereka. Setiap saat, salah satu dari mereka mungkin salah, dan kemudian gambaran sebenarnya perlu dijelaskan entah bagaimana. Ini telah terjadi dengan fluks neutrino matahari, pengukuran pertama menunjukkan bahwa kerapatannya kira-kira tiga kali berbeda dari yang diperkirakan. Akibatnya, osilasi neutrino ditemukan, yang membutuhkan kehadiran massa dalam neutrino, massa ini secara logis membawa kita pada asumsi keberadaan neutrino steril, dan itu (jika ada) dapat berubah menjadi materi gelap.
Alien dari perut bumi
Geofisika neutrino secara formal bukan topik artikel kami, tetapi bagaimana tidak membicarakannya, karena kami telah memulai, terutama karena planet kita, secara tegas, juga merupakan benda langit yang tidak lebih buruk dan tidak lebih baik dari yang lainnya.
Di perut bumi, ada unsur radioaktif yang sampai di sana selama pembentukan planet dan belum meluruh. Seperti yang diyakini secara umum, proporsi terbesar dari mereka adalah tiga isotop: 238kamu, 232T dan 40K. Ketiganya mengalami peluruhan untuk membentuk, antara lain, sebuah antineutrino elektron. Partikel-partikel ini kemudian menyebar dari tempat pembentukannya melalui ketebalan bumi, yang transparan bagi mereka.
Sayangnya, antineutrino dari peluruhan kalium tidak ditangkap oleh detektor modern, tetapi studi tentang dua kasus lainnya mungkin dan sangat menarik. Ingatlah bahwa planet kita kurang lebih telah dipelajari dengan mengebor sedalam sekitar 10 kilometer dengan radius sekitar 6370 km. Segala sesuatu yang lebih dalam, kita hanya tahu dari data seismologi, yang memungkinkan kita untuk melacak batas reflektif dan bias dalam massa batuan. Apa mereka dan bagaimana mereka terbentuk diputuskan berdasarkan model teoretis.
Studi tentang neutrino yang dipancarkan oleh Bumi dapat membantu kita setidaknya memahami berapa banyak unsur radioaktif dalam substansi bumi dan di mana mereka terutama berada. Adapun yang terakhir, ada versi yang berbeda, mulai dari fakta bahwa uranium dengan thorium adalah atribut dari bagian bawah kerak bumi, dan berakhir dengan fakta bahwa sumber radiasi selama pembentukan planet "tenggelam" ke pusatnya., dan ada sesuatu seperti reaktor nuklir, dan secara berkala bertindak.
Produk peluruhan yang terakumulasi, ketika jumlahnya cukup, menghentikan reaksi berantai. Kemudian, di lingkungan yang panas, mereka perlahan berdifusi ke atas (lebih ringan), memberi ruang bagi bagian baru dari bahan fisil, setelah itu proses dimulai lagi. Jika ini masalahnya, maka siklus seperti itu dapat membantu menjelaskan perubahan polaritas magnet Bumi dan, orang harus berpikir, dengan banyak cara lain.
Pertanyaan tentang pangsa reaksi nuklir dalam pelepasan panas total Bumi juga menarik. Ingatlah bahwa bagian dalam bumi mengeluarkan total sekitar 47 TW panas per tahun, tetapi para ilmuwan masih secara samar-samar membayangkan berapa banyak energi ini yang jatuh pada panas radiogenik, dan berapa banyak panas sisa yang dilepaskan satu kali selama diferensiasi gravitasi materi terestrial.
Geoneutrino pertama kali terdeteksi dengan andal di observatorium neutrino Borexino yang disebutkan di atas sepuluh tahun lalu. Pada 2015, para ilmuwan yang bekerja dengan data yang diperoleh menerbitkan ikhtisar hasilnya. Ternyata total daya termal peluruhan uranium dan thorium berkisar antara 23 hingga 36 terawatt. Peluruhan radioaktif dan, karenanya, unsur-unsur yang membusuk itu sendiri, ditemukan baik di kerak bumi maupun di dalam mantel. Keduanya umumnya sesuai dengan data dari beberapa model teoretis dan membantu untuk membuat pilihan yang tepat di antara mereka. Sejauh ini, kandungan uranium yang tinggi di bagian dalam bumi tampaknya tidak terduga - sekitar dua kali lipat dari yang diperkirakan. Terlalu dini untuk mengatakan bahwa data ini menyangkal sesuatu. Selama enam tahun, detektor telah mencatat 77 peristiwa neutrino "terestrial", di mana sekitar dua pertiganya adalah neutrino reaktor dari pembangkit listrik tenaga nuklir, yaitu interferensi. Lebih banyak data yang dibutuhkan.
Neutrino astrofisika
Bagian terakhir dari cerita kami dikhususkan untuk neutrino berenergi tinggi dan sangat tinggi - dari puluhan teraelektronvolt ke atas. "Bagaimana? - pembaca bertanya. - Neutrino surya memiliki ambang batas atas puluhan meV, sementara di sini mereka jauh lebih tinggi. Ke mana perginya benda yang hilang itu?" Tidak ada misteri di sini. "Lubang" dalam kisaran jatuh pada area di mana terdapat banyak neutrino yang berasal dari atmosfer, yang terbentuk ketika sinar kosmik berenergi tinggi (terdiri dari proton, elektron, dll.) menghantam udara. Ada banyak partikel berenergi tinggi di luar angkasa, dan mereka membombardir Bumi terus menerus. Neutrino kosmik dengan energi yang sama juga mencapai kita, tetapi dengan latar belakang "puing-puing" mereka hilang, dan tidak mungkin untuk mengisolasi mereka pada tingkat perkembangan teknologi saat ini.
Menaikkan batas bawah kisaran yang menarik bagi kami hingga teravolt, kami menemukan diri kami berada di area di mana gangguan yang relatif kecil. Neutrino dengan energi tinggi seperti itu paling sering berasal dari kosmik, dalam banyak kasus bahkan ekstragalaksi. Dahulu kala, di galaksi yang jauh, sebuah supernova meledak atau sesuatu seperti itu terjadi - ini adalah jejak dari peristiwa ini yang mencapai kita melalui miliaran tahun cahaya. Sebenarnya, kasus pertama pendaftaran neutrino astrofisika yang andal pada tahun 1987 bertepatan dengan ledakan supernova di Awan Magellan Besar.
Di sisi lain, ada juga sangat sedikit neutrino berenergi sangat tinggi di ruang di sekitar kita. Ini berarti bahwa detektor yang lebih besar diperlukan untuk mendaftarkannya. Meter dan bahkan puluhan meter tidak akan berfungsi, kita akan berbicara tentang perangkat berukuran kilometer. Belum mungkin membuat tangki sebesar ini. Dan mengapa?
Skema yang diterapkan saat ini dalam instalasi operasi dan dalam konstruksi sangat sederhana dalam prinsipnya. Karangan bunga elemen fotosensitif diturunkan ke air biasa hingga kedalaman beberapa kilometer, membentuk susunan dengan langkah vertikal dan horizontal yang diberikan. Substansi detektor adalah air di sekitarnya itu sendiri. Berinteraksi dengan atom dari salah satu zat penyusunnya, neutrino berenergi tinggi menghasilkan partikel, yang kecepatannya, untuk menyamai kecepatan neutrino itu sendiri, sangat tinggi - lebih dari kecepatan cahaya dalam air. Sebuah partikel yang bergerak dengan kecepatan ini memancarkan radiasi Cherenkov, yang dideteksi oleh detektor / pengganda foto.
Efek visualnya tergantung pada jenis neutrino yang kita temukan. Muon biasanya menghasilkan trek lurus tipis, elektron dan tau neutrino - kaskade luas yang dibentuk oleh banyak elektron dan positron yang tersebar ke arah yang berbeda. Dalam kasus pertama, arah gerakan partikel asli dipulihkan dengan akurasi sekitar setengah derajat, dalam kasus kedua, kesalahan dalam penentuannya dapat mencapai sekitar 15 derajat. Energi neutrino ditentukan oleh jumlah foton Cherenkov yang dipancarkan oleh fragmen.
Sekarang ada sangat sedikit instalasi jenis ini di dunia - tiga. Observatorium IceCube telah beroperasi di Kutub Selatan selama beberapa tahun. Seperti yang Anda duga, dalam hal ini, es Antartika digunakan sebagai pengganti air. Sumur dibor (lebih tepatnya, dicairkan dengan bor termal) di dalamnya, dan karangan bunga pengganda foto diturunkan ke dalamnya, yang kemudian dibekukan ke dalam es. Transparansinya pada kedalaman beberapa kilometer bahkan lebih baik dari yang diperkirakan, yang membuatnya lebih mudah untuk mengumpulkan data tentang instalasi hari ini dan untuk merumuskan rencana untuk peningkatannya. Sangat mungkin bahwa volume awal per kilometer kubik akan meningkat sepuluh kali lipat di masa depan. Ada banyak tempat di Antartika.
Pelacakan suar neutrino dilakukan secara otomatis di IceCube. Jika stasiun mencatat dua atau lebih neutrino yang tiba pada interval kecil dari kira-kira tempat yang sama (arah terbang partikel berbeda tidak lebih dari 3,5 derajat), pencarian sumber yang mungkin secara otomatis diluncurkan melalui astronomi elektromagnetik yang beroperasi di lokasi yang berbeda. rentang radiasi elektromagnetik - dari optik (termasuk jaringan "MASTER") hingga sinar-X (Swift) dan radiasi gamma (VERITAS). Sejauh ini, tidak pernah mungkin menemukan atraksi luar angkasa seperti itu.
Pada Februari 2016, "kubus" mendeteksi tiga neutrino sekaligus. Peristiwa semacam itu secara statistik diperkirakan setiap 13 tahun sekali, jadi ada alasan untuk berhati-hati. Sayangnya, arah pergerakan neutrino menyimpang sepersepuluh derajat lebih dari yang dibutuhkan otomatisasi, sehingga pencarian sumbernya dimulai secara manual hanya 22 jam kemudian. Tidak ada yang ditemukan.
Pada Juli 2018, diumumkan pendaftaran neutrino ultra-energi tinggi yang dipancarkan oleh blazar TXS 0506 + 056, yang terletak 4,33 miliar tahun cahaya dari Bumi. Ahli astrofisika berharap penemuan ini akan membantu mereka memahami sifat sinar kosmik yang sangat kuat dan meningkatkan metode untuk mengamatinya.
Dalam beberapa tahun terakhir, beberapa karya telah diterbitkan, yang penulisnya telah mencoba membandingkan sumber neutrino astrofisika dengan sumber sinar kosmik dan objek lain yang diketahui sains. Sejauh ini, belum ada keberhasilan yang jelas, tetapi ini tidak berarti bahwa itu tidak akan berlanjut di masa depan.
Di Laut Mediterania, teleskop KM3NeT (KM3 Neutrino Telescope) sedang diselesaikan, di mana ANTARES, yang dibangun pada tahun 2007, akan menjadi bagian yang tidak terpisahkan. Baikal GVD sedang dibangun di Danau Baikal. Dalam kedua kasus, terlalu dini untuk berbicara tentang hasil yang lengkap.
Kesimpulannya, perlu dicatat bahwa astronomi neutrino masih sangat muda. Dia berusia sekitar dua puluh tahun, dan arahannya yang paling menjanjikan bahkan kurang. Oleh karena itu, seseorang seharusnya tidak mengharapkan hasil skala penuh darinya, tetapi yang sudah ada terlihat bagus.