Изучение нейтрино в ближайшем будущем

https://science.howstuffworks.com/deep-underground-neutrino-experiment-will-work.htm
  • Перевод
image
Рабочие устанавливают прототип детектора DUNE

Этим летом в Америке начнется строительство для нового эксперимента физики элементарных частиц. DUNE – эксперимент по детектированию нейтрино глубоко под землей, будет исследовать несколько субатомных частиц. В этом эксперименте ученые собираются выстреливать сильные лучи нейтрино через земную кору – максимальная глубина достигнет 48 километров. Возможно, это позволит открыть несколько главных загадок вселенной.

Эксперимент, проводимый международной коллаборацией ученых, имеет протяженность 1300 километров. Стартовав в Национальной Ускорительной Лаборатории имени Ферми, он закончится в Стэндфордской подземной установке.

image

Заглянем глубже


Нейтрино не помешает 1,300 километров горной породы. Нейтрино это фермион, имеющий нулевой заряд и самую маленькую массу из всех известных частиц. Скорость нейтрино приближается к скорости света, и они почти не взаимодействуют с обычной материей. Они свободно распространяются по вселенной, не встречая преград.

Как ученые их обнаружили? Для этого нам и нужны криогенные детекторы. DUNE будет включать в себя два подземных детектора, расположенных на 1,300 километров друг от друга. Интенсивный луч нейтрино будет пущен сквозь эти детекторы, состоящие из больших танкеров с жидким аргоном. Насколько больших? В высоту танкер будет как шесть этажей, а в длину как футбольное поле. А наполнен он будет семнадцатью тысячами тонн охлажденного аргона.

Мы же знаем, что нейтрино очень слабо реагирует с материей, как их тогда замечают? Нейтрино, конечно, слабо взаимодействует с веществом, однако может произойти столкновение с ядром атома. Малая доля частиц из направленного луча столкнется с атомом аргона. При ударе возникнет вспышка, которую засекут детекторы внутри. Тогда можно будет приниматься за анализ собранных данных. Из-за того, что взаимодействие такое слабое, все необходимо поместить глубоко под землю, чтобы отгородить детекторы от космических лучей и лишнего излучения.

Знакомство с нейтрино


Ученым нравиться изучать нейтрино по многим причинам, и одна из них это солнечное ядро. В термоядерном процессе образуются нейтрино и фотоны с высокой энергией. Фотоны поглощаются и излучаются заново с меньшей энергией. Этот процесс идет в плотной солнечной плазме и нужно до миллиона лет, чтобы энергия солнечного ядра дошла до Земли. Таким образом, ученым остается изучать нейтрино, которое добирается до нашей планеты гораздо быстрее.

Но не все так просто с солнечным нейтрино. Как мы знаем, нейтрино может быть трех «ароматов» — электронное нейтрино, мюонное нейтрино, тау-нейтрино, а также их античастицы. И при движении нейтрино может переходить из одного состояния в другое.

Но когда в 1960х ученые пытались детектировать эти частицы, они получили гораздо меньше столкновений, чем предсказывала теория. Вскоре физики нашли этому причину. Так происходило как раз из-за переходов нейтрино между тремя «ароматами», когда детекторы могли засечь только электронное нейтрино. За это открытие была присуждена нобелевская премия.

Теперь можем вернуться к DUNE. Это контролируемый эксперимент, который поможет понять изменения «ароматов». Можно будет сравнить «аромат» испущенного нейтрино с полученным. Таким образом, мы получаем замечательную возможность изучить квантовую природу этих превращений. Также ученые могут мерить массу нейтрино с высокой точностью, и кто знает, может они откроют другие «ароматы».

Больше. Гораздо больше


Также DUNE поможет понять достаточно важный вопрос – как существует наша вселенная. Факт, что вселенная состоит больше из материи, а не антиматерии, один из важнейших вопросов для современной науки. В большом взрыве 13,8 миллиардов лет назад материя и антиматерия должны были возникнуть в равной пропорции. Мы знаем, что случится, если они встретятся – аннигилируют, оставив после себя только выделившуюся энергию. Так что если пропорции были бы равны, ничего сейчас бы не было.

То, что мы здесь, означает, что при большом взрыве нарушились основные законы физики. Эту головоломку ученые называют нарушением симметричности зарядовой четности – или СР-симметрией. Ускорители частиц, вроде адронного коллайдера могут изучать эту проблему, и DUNE тоже будет заниматься этим, экспериментируя с нейтрино и антинейтрино.

DUNE будет готова к эксплуатации в 2027. Надеемся, что мы сделаем великие открытия.
Поделиться публикацией
Ой, у вас баннер убежал!

Ну. И что?
Реклама
Комментарии 12
  • +3
    Этим летом в Америке начнется строительство для нового эксперимента физики твердых частиц.
    Каких, простите, частиц?!
    • 0
      Спасибо, вы, конечно, правы. Элементарных частиц
      • +1
        Кто скажет, что это они мягкие, пусть первый бросит в меня протон.
        постите :)
      • 0
        Интересно, как они собираются танкеры с аргоном в туннель заводить?
        • 0
          Коллектив ученых, выбиваясь из сил, тянул за якорную цепь, затаскивая танкер в тоннель и люто, бешено материл переводчика.

          зы на самос деле конечно же «tank» — который «бак», а вовсе не бронетехника и тем более не судно.
        • +2
          а как будут формировать интенсивный ЛУЧ? простите
          • 0
            Полагаю имеется в виду не луч, а то что танкер с аргоном будет направлен в сторону излучения, чтобы нейтрино из правильного источника проходили длинный путь по нему — вдоль, а космические — поперек. Вот это направление детектора наверное луч.
            • 0
              Танкер может быть как угодно направлен, как и счетчик гейгера, в целом.
          • 0
            Как они поймут что нейтрино которые наловили — не солнечные? Статистически?
            • +1
              Есть два детектора. Делим расстояние между ними на скорость света, получаем промежуток времени между событиями, которые должны зарегистрировать эти детектора. Дальше синхронизируем часы и ловим корреляции между событиями на двух детекторах. Наверное, так.
              • 0
                Дорого строить второй детектор, когда экспериментаторам с идеальной точностью известно, когда нужные вылетят из излучателя, остается только модулировать их появление с какой-либо частотой, а затем искать ту же частоту на детекторе, само собой статистически.
                • +2
                  Вы, видимо, решили даже не читать статью, которую только что прокомментировали, да?
                  DUNE будет включать в себя два подземных детектора, расположенных на 1,300 километров друг от друга.

                  Кроме того, основные задачи эксперимента вообще невозможно решить, имея один детектор.
                  Это контролируемый эксперимент, который поможет понять изменения «ароматов». Можно будет сравнить «аромат» испущенного нейтрино с полученным. Таким образом, мы получаем замечательную возможность изучить квантовую природу этих превращений. Также ученые могут мерить массу нейтрино с высокой точностью, и кто знает, может они откроют другие «ароматы».

            Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

            Самое читаемое