В октябре 2024 года в Китае успешно завершено создание одного из самых больших детекторов нейтрино JUNO. Ядро нейтринной обсерватории - шар диаметром 35,4 м, содержащий порядка 20 000 тонн жидкости и 43 200 фотодетекторов.
Зачем нам нужны нейтрино?
Наши тела состоят, в основном, из водорода, кислорода, углерода и азота, а приводятся в движение энергией химических реакций. И ядра элементов и энергия рождаются в ядрах звезд в ходе термоядерных реакций. Самая популярная из них - протон-протонный цикл. Четыре протона в три этапа создают ядро гелия и энергию в виде гамма-излучения. А есть вариант, где то же самое происходит с кислородом, углеродом и азотом в качестве катализатора. Понимание этих процессов позволяет отвечать на вопросы жизни, вселенной и всего. А побочный их продукт - нейтрино.
Нейтрино плохо взаимодействуют с веществом, поэтому они легко покидают плотные ядра звезд и достигают Земли. Это очень удобно для изучения физики термоядерных процессов. А с другой стороны, улавливать нейтрино получается не очень удобно. Для этого строят крупные обсерватории.
Темная материя
В космосе есть проблема - галактики выглядит так, словно им сильно не хватает части массы. Нейтрино - не плохие кандидаты на ненайденную массу из-за трудностей их обнаружения. Но физики подозревают не одну частицу, а целый ряд. Помимо обычных, гипотетические частицы, способные пролить свет на темную материю - тяжелые или стерильные нейтрино, которые не распадаются. Обсерватория JUNO попытается разобраться в иерархии нейтрнных масс, получив информацию об их видах.
Метод обнаружения нейтрино
Нейтрино - не является носителем электрического заряда, а значит в магнитную ловушку их не поймать. Кроме того, они легко проходят сквозь плотные объекты. Так как же их изучать? На помощь приходит квантовая механика: в мире частиц все - вероятность. Если вероятность взаимодействия нейтрино с веществом - низкая, просто нужно взять очень много частиц и долго наблюдать. Например, Байкальский глубоководный нейтринный телескоп наблюдает за 23 620 тоннами воды при помощи сотен детекторов. А в JUNO используется прозрачная сфера из акрилового стекла, заполненная 20 000 тонн растворенных органических веществ. Такой состав будет сильнее светиться при взаимодействии с нейтрино чем обычная вода. А 43 200 фотоумножительных трубок будут эти вспышки фиксировать.
JUNO находится глубоко под землей и сверху прикрыт небольшим горным массивом, чтобы предотвратить попадание в детекторы света от других частиц. Мало какие объекты смогут пройти сквозь горы и землю, чтобы испортить данные по нейтрино. От паразитной засвети технических помещений самой обсерватории, стеклянный шар закрыт стальным кожухом.
Автор статьи - физик Георгий Тимс для проекта «Физика для гуманитариев». При копировании, пожалуйста, указывайте авторство. Социальные сети проекта: Телеграмм канал, Ютуб канал
