байкальский нейтринный телескоп

Ответ от Лаврентий Павлович[гуру]
Байкальский подводный нейтринный телескоп
Введение
В 1930 году при изучении продуктов радиоактивного распада ядер было обнаружено, что энергия распадающегося ядра больше суммарной энергии продуктов распада. Вольфганг Паули предположил, что в продуктах распада должна быть еще одна легкая незаряженная частица, которая и уносит эту недостающую энергию. Энрико Ферми назвал ее “нейтрино”. Хотя предположение Паули было правильным, экспериментально оно было подтверждено только в 1956 году, когда американские физики обнаружили взаимодействие с веществом нейтрино, вылетающих из ядерного реактора.
Нейтрино - это двигающиеся со скоростью света, нейтральные частицы. До недавнего времени считалось, что их масса равна нулю. Экспериментальное исследование этих частиц чрезвычайно затруднено, поскольку нейтрино имеют очень маленькое сечение взаимодействия с веществом (10-43см2). Для них проницаемо практически все, они беспрепятственно преодолевают гигантские расстояния и доставляют на Землю сведения об интереснейших процессах, “свидетелями” которых они были несколько минут или несколько миллиардов лет назад. Поэтому сегодня нейтрино-объект изучения мощных научных лабораторий во всех странах мира.
Нейтрино образуются в ходе разных ядерных реакций, поэтому их можно условно разделить по происхождению. Один из источников нейтрино - распад ядер в реакторах атомных электростанций. Другой источник - атмосфера Земли. Верхние слои атмосферы постоянно бомбардируются частицами, прилетающими из космоса (в основном это протоны). Энергии их таковы, что они порождают цепочки ядерных реакций, одним из продуктов которых могут быть нейтрино. Источником нейтрино служит, конечно, Солнце. Именно солнечные нейтрино помогают понять процессы, происходящие внутри Солнца и других звезд. И, наконец, следует сказать о нейтрино сверхвысоких энергий, потоки которых возникают, например, при взрывах сверхновых.
Для регистрации различных нейтрино строятся соответствующие установки, которые отличаются конструкцией, размерами и местоположением, в соответствии с тем, какой метод детектирования они осуществляют и на какую энергию частиц рассчитаны.
В данной работе приводится описание подводного детектора, регистрирующего черенковское излучение, генерируемое мюонами, рождаемыми в реакциях взаимодействия нейтрино с веществом.
Байкальский подводный нейтринный телескоп
При прохождении через вещество нейтрино может взаимодействовать с различными частицами вещества, в том числе протекает следующая реакция:
p + νμ μ + n.
При прохождении через достаточно плотную среду, например, воду, быстрый мюон генерирует черенковское излучение, которое можно зарегистрировать светочувствительными детекторами.
В 1980 г. в ИЯИ АН СССР была создана лаборатория нейтринной астрофизики высоких энергий, целью которой стало создание на озере Байкал глубоководных черенковских установок для исследования потоков мюонов и нейтрино. Создание больших детекторов для исследований в области нейтринной астрофизики в таком естественном водоеме как озеро Байкал имело следующие преимущества:
1. Наличие мест в озере Байкал с глубиной более 1 км, расположенных недалеко от берега.
2. Поглощение и рассеяние света в Байкальской воде мало. Длина поглощения света в месте дислокации детектора составляет 20 м. Длина рассеяния около 15 м.
3. Наличие ледового покрова в течение приблизительно 8 недель существенно облегчает развертывание детектора (по сравнению с реализацией аналогичных проектов в океане).
Рис. 1. Спутниковая фотосъемка озера Байкал 29 мая 2001 года
Рис. 2. Детектор расположен на расстоянии 3.6 км от берега и погружен на глубину 1.1км.
(местоположение на карте указано звездочкой)
Рис. 3. Слева: трос с укрепленными на нем детектирующими устройствами и управляющим модулем. Справа: вся светочувствительная часть детектора (соединение стрингов в единую структуру) .