Нейтрино – одна з найбільш невловимих частинок в космосі, поступається тільки надзагадковій темній матерії. Вони беруть участь у слабкій ядерній взаємодії і відповідають за ядерний синтез і розпад.
Кожен раз, коли відбувається щось ядерне, приймають в цьому участь нейтрино. Наприклад, сонячне ядро являє собою гігантську реакцію ядерного синтезу, тому, природно, воно виробляє досить багато нейтрино. Згідно з минулими дослідженнями, якби була можливість піднести великий палець до Сонця, приблизно 60 мільярдів нейтрино будуть проходити через ніготь великого пальця кожну секунду.
Але нейтрино так рідко взаємодіють з матерією, що, незважаючи на те, що трильйони і трильйони їх проходять через ваше тіло кожну секунду, за все ваше життя загальна кількість нейтрино, які дійсно вразять ваше тіло, становить не більше одного.
Нейтрино настільки примарні і шипучі, що протягом десятиліть фізики припускали, що ці частинки абсолютно не мають маси і подорожують по Всесвіту зі швидкістю світла. Останні дослідження довели, що нейтрино все-таки небагато, але важать.
Точна кількість маси є предметом активних наукових досліджень. Існує три види нейтрино: електронне нейтрино, мюонне нейтрино і тау-нейтрино. Кожен бере участь у різних видах ядерних реакцій, і, на жаль, всі три типи нейтрино мають дивну здатність змінювати одну ідентичність на іншу, коли вони подорожують.
Маса нейтрино не має пояснення в стандартній моделі фізики елементарних частинок, нашої сучасної і кращої теорії фундаментальних взаємодій. Таким чином, фізики хотіли б зробити дві речі: виміряти маси трьох різновидів нейтрино і зрозуміти, звідки беруться ці маси. Це означає, що їм належить провести безліч експериментів.
Експеримент Каміоканде в Японії, наприклад, дозволив виявити нейтрино, що випускаються надновою зіркою 1987A. для цього їм знадобився чан з більш ніж 50 000 тонн води.
- Вейпинг виявився руйнівним для зубів
- Виявлено зв’язок між фазою швидкого сну і смертністю
- Наше життя – симуляція з імовірністю 50%. І ось чому
Нейтринна обсерваторія IceCube в Антарктиді вирішила підвищила планку. Ця обсерваторія складається з твердого кубічного кілометра льоду на Південному полюсі з десятками ниток приймачів розміром з Ейфелеву вежу, занурених на кілометр в лід. Після десяти років роботи IceCube виявив одні з найбільш енергійних нейтрино за всю історію і зробив перші кроки до з’ясування їх походження.
Чому і Kamiokande, і IceCube використовують так багато води? Детектором нейтрино може служити великий шматок практично чого завгодно, але ідеально підходить саме чиста вода. Коли один з трильйонів літаючих нейтрино 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 і інтенсивність спалаху. (Якби у воді були домішки, то було б важко реконструювати, звідки виходила спалах всередині обсягу.)
Ці дослідження підходять для пошуку для звичайних, “повсякденних” нейтрино. Але найенергійніші нейтрино надзвичайно рідкісні – при цьому, саме вони є найбільш захоплюючими і цікавими, тому що вони можуть бути викликані тільки найбільш гігантськими подіями у Всесвіті.
На жаль, вся міць IceCube після десятирічного спостереження змогла зафіксувати лише жменьку цих надпотужних нейтрино. Pacific Ocean Neutrino Experiment (P-ONE), запропонувала перетворити відокремлений, але величезний шматок Тихого океану в нейтринний детектор. Передбачається, що довгі, кілометрові нитки фотодетекторів опустять на дно океану, прикріпивши до них поплавці, щоб детектори стояли у воді вертикально, як гігантські механічні водорості.
Нині конструкція P-ONE містить сім 10-струнних кластерів, кожна з яких містить 20 оптичних елементів. Це в цілому 1400 фотодетекторів, плаваючих в Тихому океані на відстані декількох кілометрів. Коли нейтрино потраплять в океанську воду і справлять невеликий спалах — детектори зможуть її відстежити.
Вчені відзначили, що експеримент вимагатиме постійного калібрування для коригування всіх змінних і надійного відстеження нейтрино. Однак команда P-ONE займається цим питанням і вже планує створити меншу демо-версію з двох потоків як доказ концепції.