[МУЗЫКА]
[МУЗЫКА] [МУЗЫКА]
[МУЗЫКА] Мы с вами обсуждали
процессы ускорения частиц в космических объектах: космические ускорители частиц,
связанные со сверхновыми звездами; с процессами в окрестности звездных
черных дыр, звездных масс; с процессами ускорения
частиц в сверхмассивных черных дырах в окрестности
центральных частей массивных галактик.
Физика космических лучей, то есть заряженных частиц ускоренных, которые
мы наблюдаем на Земле, засчитывает на сегодняшний день немножко больше 100 лет,
потому что космические лучи были открыты в 1912 году.
А сейчас мы с вами поговорим о самом новом
аспекте этой проблемы — о нейтринной астрофизике высоких энергий.
Ускоренные частицы (ядра,
протоны) при взаимодействиях с веществом,
то есть с другими ядрами образуют большое количество вторичных частиц.
То есть образуются при столкновении,
при так называемом неупругом столкновении ультрарелятивистского протона
с другим протоном формируется большое количество вторичных частиц.
Это электрон-позитронные пары, это мезоны различных типов,
которые распадаются на электрон-позитронные пары,
на гаммы-кванты и другие частицы.
И среди прочего формируется нейтрино.
Образуются нейтрино высоких энергий.
Нейтрино обладают, как вы, по-видимому,
хорошо знаете, уникальной проникающей способностью,
то есть они очень слабо взаимодействуют с другими частицами и полями.
Это, с одной стороны, приводит к тому,
что они легко ускользают из источника и распространяются,
в отличие от заряженных частиц, которые отклоняются магнитными полями в окружающей
среде, нейтрино, будучи нейтральными частицами, распространяются прямолинейно.
Однако слабость их взаимодействия приводит к тому, что их очень трудно наблюдать.
Поэтому задача детектирования нейтрино высоких энергий,
экспериментального детектирования высоких энергий,
начала решаться практически в последние годы, хотя принципы этого детектирования,
конечно, были предложены достаточно давно.
Для того чтобы наблюдать нейтрино сейчас, используется технология,
которая основана на том, что нейтрино, распространяясь в прозрачной,
плотной среде, а именно в воде или во льду, образуют свет.
Существует излучение, которое называется излучением Черенкова,
которое было открыто советскими физиками Вавиловым и Черенковым.
Оно формируется, когда частица движется в среде со скоростью больше,
чем скорость распространения света в этой среде.
В этом случае частица излучает черенковское излучение,
и методы детектирования основаны на том, что нейтрино, проходящие через среду,
взаимодействуют с ядрами среды, при этом формируются мезоны,
и эти частицы как раз и формируют оптическое излучение.
Оптическое излучение очень слабое, и для его детектирования
используется детекторы оптического излучения, которые нанизаны на струны.
Вот вы видите на слайде типичный пример нейтринного телескопа.
Он состоит из гирлянд-детекторов, которые нанизаны на струны.
Каждый из этих детекторов состоит из детектирующей части и процессора,
который обрабатывает детектированный сигнал.
При этом, для того чтобы детектировать частицы очень высоких энергий
— это энергии 10–15 электронвольт или немножко меньше, немножко больше,
— необходимы гигатонны вещества, то есть это означает,
что можно использовать либо ледники — лед в
основном используется на Южном полюсе,
либо воду в крупных водоемах.
Такие детекторы строятся на Средиземном море,
и в России подводный нейтринный телескоп сконструирован на озере Байкал.
Принцип работы, как мы уже говорили, заключается в том,
что детекторы детектируют слабо оптический сигнал,
прослеживают его распространение по среде и тем самым
восстанавливают характеристики, во-первых нейтрино,
которое сформировало каскад или трек,
и тем самым восстанавливается направление и энергия нейтрино,
которое создало сигнал.
Вот здесь приведены примеры подводных нейтринных телескопов —
телескопа Antares в Средиземном море и телескопа «Байкал».
Вот вы видите,
как устроены элементы детекторов байкальского нейтринного телескопа.
Этот телескоп разрабатывается Институтом ядерных исследований и
Объединенным институтом ядерных исследований в Дубне.
Есть первые успешные результаты детектирования космических нейтрино
на этих приборах, и одновременно существует нейтринный эксперимент
на Южном полюсе — так называемый эксперимент Icecube.
Эксперимент Icecube устроен на тех же принципах,
то есть в нем имеются гирлянды оптических детекторов,
которые погружены в пробуренные во льду узкие шахты.
Частица нейтрино, которая проходит через гигатонну льда,
формирует оптический сигнал, который детектирует эти гирлянды,
и в результате восстанавливаются характеристики нейтринного события.
Это достаточно сложная компьютерная задача,
которая требует учета процессов, которые скоррелированы на коротких временах.
Однако она успешно решена, и на сегодняшний
день телескоп Icecube зарегистрировал за четыре последних
года — вот это на сегодняшний день — 54 нейтринных события.
Вот на слайде вы видите карту неба, которую создал телескоп Icecube.
На карте обозначены крестиками события,
то есть ожидаемые направления прихода нейтрино, которые были зарегистрированы.
Вы видите, что они распределены весьма однородно по карте неба.
Это указывает на то, что источники соответствующих процессов являются
не только галактическими, но большая часть этих нейтринных событий,
то есть нейтрино высоких энергий, пришла из других галактик.
И сейчас активно идет развитие как в направлении улучшения
техники детектирования, которая позволит измерить гораздо больше этих событий,
и соответственно, сделать заключение, может быть,
об ассоциации отдельных событий с конкретными источниками на небе.
И также идет активное развитие теории, которая должна объяснить
происхождение частиц, которые формируют нейтрино,
ускорителей частиц до сверхвысоких энергий.
[БЕЗ СЛОВ]
[БЕЗ СЛОВ]
Варшалович Дмитрий АлександровичФизик-теоретик, доктор физико-математических наук, академик РАН, лауреат Государственной премии 2008 года в области науки и технологий.
