Нейтрино високої енергії з Космосу
Людство вивчає Всесвіт протягом тисяч років, дивлячись на захоплююче нічне небо, керуючись видимого світла, що випускається міріади зірок і інших явищ. Протягом останнього століття нові фотографії нічного неба були виявлені вченими з використанням різних довжин хвиль світла, які неозброєним оком не видно, такі як радіохвилі, інфрачервоне випромінювання, рентгенівські промені і гамма-промені. Щоразу нові вікна в небо відкривається, нові несподівані явища були виявлені, наприклад, реліктове випромінювання від Великого вибуху, нейтронні зірки, активні ядра галактик (AGN), чорних дір, гамма-сплески (GRB) та інші цікаві об'єкти. Сьогодні вчені починають відкривати зовсім нові вікна за допомогою іншого елементарних частинок, нейтрино, а фотон, який є елементарної частинки світла, використовуваного для дослідження Всесвіту. Це нове поле нейтринної астрономії, ми сподіваємося виявити нові невідомі явища і допомогти нам відповісти на деякі з питань, які ми маємо сьогодні.
Нейтрино, частинки з неясними ніякого електричного заряду і лише взаємодіє з матерією через слабкі ядерні сили. В останні роки було виявлено, що нейтрино мають невелику масу, розвінчання раніше припущення, що це був безмассового. На сонці, величезна кількість нейтрино утворюються в процесі термоядерного синтезу, коли чотири атома водню перетворюються в один атом гелію. Незважаючи на велику кількість нейтрино, в середньому лише про одне з них буде взаємодіяти з тілом людини протягом життя. Потік нейтрино від Сонця на поверхні Землі становить 6x10 10 нейтрино на квадратний сантиметр і друге. Нейтрино від процесу зварювання на сонці може пройти через кілька світлових років від твердого свинцю, перш ніж поглинається речовиною. Імовірність того, що нейтрино взаємодіють з речовиною збільшується, проте, з енергією нейтрино.
Три різних типів нейтрино були помічені: електронне нейтрино. мюонне нейтрино і тау-нейтрино. Ці нейтрино пов'язано з трьома електрично заряджених частинок, електрон, мюон і тау. Всі шість частки називаються лептонів. Коли нейтрино взаємодіє з речовиною, він може або продовжувати, як нейтрино, після взаємодії ( "нейтральний струм взаємодія"), або створити відповідний заряджених частинок ( "ток заряду взаємодії»). Електронні нейтрино створює електрон, мюонного нейтрино мюонного і тау-нейтрино тау -лептонов.
Мюонних нейтрино взаємодіють з атомами виробництво мюонів і душ короткоживучих частинок.
Під час високої енергії взаємодії нейтрино заряджених лептонів триватиме майже в тому ж напрямку, що і входять нейтрино. У питанні, електрон, який утворюється в процесі взаємодії буде зупинена на декілька метрів той час як мюон, з його більшої маси, може тривати протягом декількох кілометрів в залежності від його енергії. Визначення напрямку створені мюонів дасть направлення мюонних нейтрино в межах декількох градусів. Це ключ до розуміння нейтрино високих енергій астрономії.
Низький і нейтрино високих енергій
Нейтрино низьких енергій виробляється в основному в ядерних процесах, як термоядерних реакцій на сонці або в центрі вибуху наднової. Нейтрино високої енергії виробляється в основному в високих енергіях зіткнень частинок виробництва короткоживучих мезонів, що прагнуть до нейтрино і інші частинки.
У масштабах фізики елементарних частинок нейтрино низьких енергій з енергією в 10 -й МеВ (мега електрон-вольт), в той час як нейтрино високих енергій з енергіями вище 10-го ГеВ (Гіга електрон-вольт).
джерел нейтрино
сонячні нейтрино
нейтрино Supernova
Ще одне джерело нейтрино позаземного спостерігалося протягом 10 секунд в 1987 році, коли зірки у Великій Магеллановій Хмарі вибухнула як наднова, який був пізніше названий SN1987. Нейтрино від внутрішньої частини крах досяг Землі після подорожі 170000 років, за кілька годин до прибуття світло. Нейтрино могли пересуватися більш-менш безпосередньо від центрального крах у внутрішній частині зірки, але ефект вибуху не було видно на поверхні зірки пізніше. Близько 25 нейтронних взаємодій спостерігалися детекторів на Каміоканде (Японія), Баксан (Sovjet союзу) і IMB (США) протягом 10 секунд. Це спостереження нейтрино від Сонця і наднових є новий вид астрономії, так як нейтрино дають нам інформацію від процесів глибоко всередині об'єктів приховані від видимого світла або фотонів в цілому.
Нейтрино від невідомих джерел космічних променів
Вагомим аргументом на користь існування нейтрино високої енергії з космосу є спостереження високої енергії космічних променів.
Фотони мають навіть більшою ймовірністю, ніж протони бути поглинутим реліктового випромінювання фотонів, що означає, що Всесвіт не є прозорою для дуже фотонів високої енергії.
Є кілька можливих кандидатів на джерела високих енергій космічних променів. Активних ядер галактик (AGN) є галактикою, яка має надважкі чорні діри в центрі. Чорна діра може мати масу до тисячі мільйонів сонячних мас. У центрі цих галактик струменя структура спостерігається в межах десятків тисяч світлових років з з виділенням великої кількості енергії. Струмені утворюється, коли матерії в галактиці падає в чорну діру. Фотонів високої енергії спостерігається від цих об'єктів і протони можуть бути прискорені, теж. Ще одним можливим джерелом є гамма-сплески (GRB), які є дивними подіями випромінює короткий імпульс гамма-променів протягом часток секунди і до 100 секунд. Вони є найбільш енергійними подій, які спостерігаються у Всесвіті. Про дві з цих подій відбувається кожен день. Вони дуже далеко, з відстані до 10 10 світлових років. Можливе пояснення цих подій, що надважких зірок руйнується в чорні діри або двох нейтронних зірок падіння один в одного. Невідомі джерела високоенергетичних космічних променів буде виробляти нейтрино, коли прискореними протонами високих енергій стикаються з фотонним газом у всіх джерелах, таким же чином, як і в мікрохвильовому фоні. Зіткнення буде виробляти мезонів, які розпадаються на мюони і нейтрино і мюони будуть розпадатися на електрони (позитрони) і два нейтрино. Ці нейтрино буде подорожувати, не залежить від магнітного поля в просторі, і якщо виявлено на землі, вони будуть вказувати назад на джерела космічних променів.
Потік космічних нейтрино можуть бути оцінені з спостережень швидкості космічних променів високих енергій і то виявиться, що потрібні детектори розміром кубічних кілометрів, щоб зловити нейтрино!
Нейтрино від "темної матерії"
Нейтрино високих енергій, хоча і не такими високими, як згадані в попередньому розділі, можуть бути проведені у зв'язку з іншим дивним наглядом. Одна з головних таємниць в сучасному фізика і астрономія є "темної матерії" у Всесвіті. Галактик і груп галактик обертаються, як ніби вони містять більше матерії, ніж те, що ми можемо спостерігати з нашим стандартним астрономічним інструментам. Тільки з піднаглядним видимої матерії, галактики повинні витягти зірок і значення в порожньому просторі у зв'язку з швидким обертанням. Але цього не відбувається, що вказує, що це ще питання в об'єктах, ніж ми можемо спостерігати. Це тільки гравітаційна сила, яка відчуває себе невідома прихованої матерії. Це питання називається "темної матерії". Близько 30% енергії у Всесвіті матерії, а решта у вигляді невідомої "темної енергії", які ми не будемо обговорювати в цій статті. Недавні вимірювання за допомогою супутника WMAP показали, що тільки 4% енергії Всесвіту складається зі звичайного речовини у вигляді атомів створенні зірок і планет. Решта 25% від загальної енергії, це нове ще невідомі види матерії.
Один з популярних пояснення темної матерії є те, що більша частина цієї різного роду матерія складається з слабо взаємодіючих масивних частинок (вімпи), які були створені в результаті Великого Вибуху, в той же час, як наше звичайне справа. Сьогодні це потік частинок навколо нас і створити домінуючу частину матерії в нашої галактики. Коли вони проходять через Сонце і Землю, вони можуть стати гравітаційних пасток в центрі цих об'єктів. Частинок темної матерії в центрах Землею і Сонцем буде знищити або знищити один одного, коли два з них відповідають і виробляти звичайну матерію, серед інших частинок, нейтрино високих енергій. Типовий енергії цих нейтрино набагато вище, ніж у електронних нейтрино, народжених в процесі синтезу на сонці. Спостерігаючи нейтрино високих енергій від центру Землі і / або сонце можна отримати інформацію про темну матерію. У той же час, це повинно бути дуже важливе відкриття для фізики елементарних частинок.
атмосферних нейтрино
Коли космічні промені потрапили в атмосферу, короткоживучих частинок виробляється якої розпад, серед іншого, мюонів і мюонних нейтрино. Мюонів розпорошити на поверхню Землі і поглинається кілька десятків кілометрів на землю. Нейтрино, однак, може легко проходити через всю землю, і вони відповідають нейтринного фону космічних нейтрино. У той же час, вони можуть бути використані для тестування нейтронних телескопів. Оскільки космічні нейтрино повинні мати, в середньому, більш високі енергії, ніж атмосферні нейтрино, цей фон може бути оброблено.