Добавил:
okley
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физика нейтрино (2 сем, мага) / Лекция 11
.pdf
11
Детектор Ice Cube измерил долю мюонных нейтрино, и эта доля оказалась
невелика, в согласии с космическим, но не с атмосферным их происхождением.
Распределение событий по энергии и
вертикальному углу прилета. Верхняя
половина диаграммы - нейтрино,
прилетевшим из Северного полушария
небесной сферы (из-под Земли),
нижняя — из Южного полушария, без
пролета сквозь Землю. Кружочки -
события без мюонного трека
(с плохим угловым разрешением),
крестики — с мюонным треком.
Пустота в правой верхней
части графика объясняется тем, что
нейтрино слишком большой энергии уже не может пролететь сквозь Землю.
Схема опыта (a) и рассчитанные вероятности регистрации нейтрино в зависимости от
зенитного угла и энергии (b).
Земля состоит из плотного металлического ядра (в свою очередь, оно делится
на внутреннее и внешнее ядро), которое покрыто менее плотной мантией и, наконец, тонкой
12
A
земной корой. Плотность каждого из этих слоев, а также их границы довольно хорошо
исследованы с помощью сейсмических волн во время землетрясений.
В трехлетней статистике событий с энергией свыше 30 ТэВ насчитывается уже 37, Это
значит, что часть событий гарантированно астрофизического происхождения. Статистическая
значимость этого утверждения составляет уже 5,7σ, и это означает, что астрофизические
нейтрино окончательно открыты.
В новых данных присутствует событие с рекордной энергией 2 ПэВ (2х1019эв)
Распределение направления
прилета высокоэнергетических
нейтрино по небу
в галактических координатах.
Центр карты отвечает центру
нашей галактики, экватор
показывает плоскость
галактики. Каждое пятнышко
отвечает одному событию,
цветом показана вероятность
того, что это событие может
входить в кластер с другими. Знаком «+» показаны события без мюонного трека и
плохим угловым разрешением, знаком «×» — события с мюонным треком и хорошим
разрешением.
IceCube может примерно определить направление, с которого пришло нейтрино. Если
нейтрино мюонное, которое превратилось в мюон, то этот мюон большой энергии оставляет
четко различимый след. Направление этого трека позволяет определить направление прилета
нейтрино с точностью порядка одного градуса. Если же это было электронное нейтрино, или
какое-то другое, но без мюонного трека, тогда направление восстанавливается с погрешностью
около 15 градусов. Тем не менее, даже такая информация позволяет нанести каждое событие на
карту неба и проверить, откуда эти нейтрино летят.
Первые наблюдения говорят о том, что источники более-менее изотропно разбросаны по
небу. Их меньше в Северном полушарии небесной сферы, чем в Южном. Причиной этого
является большое поглощение нейтрино в толще Земли. При энергии в сотни ТэВ нейтрино уже
начинает довольно хорошо поглощаться Землей. σ(νμN) = =10
-34см2
111
N
a
n
A
3423
105,5106
4
)(103
Pbкмх
Радиус земли 6357 км
22 сентября 2017 года автоматическая система детектора зарегистрировала
событие IceCube-170922A, которое представляло собой мюонную «дорожку»,
образовавшуюся в ходе взаимодействия нейтрино высоких энергий со льдом.
13
28 сентября 2017 года команда космической гамма-обсерватории «Ферми»
сообщила, что определенное направление прилета зарегистрированных
нейтрино со средней энергией 290 ТэВ соответствовало известному источнику
гамма-лучей в состоянии повышенной активности.
В 2018г Астрономы впервые смогли идентифицировать источник
космических нейтрино высоких энергий, зафиксированных обсерваторией
IceCube несколько лет назад.
Параллельные наблюдения в гамма-диапазоне позволил сделать вывод, что
частицы с энергиями в сотни раз, больше, чем у протонов в Большом адронном
коллайдере, породил блазар TXS 0506 + 056, являющийся активной галактикой
и расположенной недалеко от левого плеча созвездия Ориона. Свет от источника
добирался до Земли четыре миллиарда лет.
Блазар – это гигантская эллиптическая галактика с массивной, быстро
вращающейся черной дырой в ее ядре. Особенностью блазаров является то, что
на полюсах вдоль оси вращения черной дыры испускаются две струи легких и
элементарных частиц, и одна из них указывает в направление Земли.
Средний размер блазара небольшой по космическим меркам ~ 30
миллиардов км. Джеты распространяются на дистанцию более 100 000 световых
лет. То есть больше, чем размер галактики Млечный Путь. Также для блазаров
является нетипичное быстрое движение частиц в джетах, имеющих массу
(электроны, протоны, позитроны). Их скорость колеблется между 95% и 99,9%
скорости света.
Планы на будущее
Детектор IceCube зарегистрировал нейтрино космического происхождения и тем самым
положил начало экспериментальной нейтринной астрофизике.. Поскольку первая научная цель
достигнута, можно планировать расширении детектора. Чем больше объем рабочего вещества, тем больше
набора данных. Ледниковый щит на Южном полюсе позволяет расширяться в стороны пока хватит
14
финансов. Более того, это расширение будет вовсе не таким затратным. Антарктический лед на глубине
2 километра оказался более прозрачным, чем изначально предполагалось: длина поглощения света на
глубине свыше 2 км достигает 250 метров. Если гирлянды ФЭУ будут расставлены с шагом в 300 метров
против нынешних 125, это не сильно скажется на чувствительности детектор. Поэтому вполне возможно,
что в новой версии IceCube удастся вдесятеро увеличить чувствительный объем при практически тех же
финансовых вложениях.
Вопросы к аттестации (экзамену).
1. Наблюдение антинейтрино в эксперименте Райнеса и Коуэна.
2. Заряженные и нейтральные токи. Калибровочные бозоны. Наблюдение нейтральных токов.
3. Источники и методы регистрации нейтрино. Экспериментальное определение числа
ароматов нейтрино.
4. Образование нейтрино на Солнце (р-р и СNO циклы реакций). Наблюдение солнечных
нейтрино в эксперименте Дэвиса.
5. Проблема солнечных нейтрино и ее решение в экспериментах SNO, SK
6. Массовые и ароматные нейтрино. Смешивание массовых нейтрино.
7. Осцилляции нейтрино. Амплитуда и частота осцилляций нейтрино. Зависимость частоты
осцилляций от энергии и разницы квадратов масс.
8. Наблюдение осцилляций реакторных нейтрино в экспериментах Kamland и DaYa Bay.
9. Прямое подтверждение существование осцилляций в экспериментах OPERA и Т2К
10. Стерильные нейтрино. Эксперименты, подтверждающие и опровергающие их
существование.
11. Нейтринные детекторы для контроля работы ядерных реакторов.
12. Масса нейтрино. Условия существований двойного безнейтринного бета-распада.
13. Обратный бета-распад в экспериментах на реакторах и при нейтронизации ядра
Сверхновой.
14. Зависимость сечения взаимодействия нейтрино от энергии. Когерентное взаимодействие
нейтрино.
15
15. Астрофизические нейтрино низких энергий. Гравитационный коллапс. Условия образования
нейтронной звезды и черной дыры.
16. Регистрация источников астрофизические нейтрино высоких энергий. Эксперимент Ice
Cube. Блазары.
17. Спиральность нейтрино. Эксперимент Гольдхабера. Закон Сарджента и причина подавления
распада
e
.
e
18. Современные ускорительные эксперименты по наблюдению СР нарушения в нейтринном
секторе.
19. Слабые заряды кварков, нейтрона и протона Эксперимент (JLAB).
Схема образования потока нейтрино и гамма-квантов от блазара, регистрируемого земным
наблюдателем.
Блазары часто предлагались в качестве потенциальных источников нейтрино высоких энергий. В ядрах
этих активных галактик центральная сверхмассивная черная дыра преобразует гравитационную
энергию аккрецирующего вещества и/или вращательную энергию черной дыры в мощные
релятивистские струи , в которых частицы могут быть ускорены до очень высоких энергий, что, при
взаимодействии с окружающим веществом или излучением, может привести к возникновению потока
высокоэнергетических пионов, которые, в конечном итоге, распадаются на фотоны и нейтрино.
Благодаря определенному точному направлению IceCube170922A, в сочетании с обширными
многоволновыми наблюдениями, вероятность корреляции между зарегистрированным потоком
нейтрино высоких энергий и блазаром TXS 0506 + 056, как их источником, может считаться высокой
(на уровне 3,5 сигма)
Квазар - - это чёрная дыра в ядре далёкой галактики, на которую падает вещество, нагревается и от
этого ярко светится.
16
Блазар - - это квазар, у которого релятивистский джет случайно оказался направлен на землю.
Пульсар - - это вращающаяся нейтронная звезда, которая чиркает радиолучом во земле (как
полицейская мигалка). Магнетар - - это нейтронная звезда с очень сильным магнитным полем.
В настоящее время единственный достоверный способ отличить чёрную дыру от объекта
другого типа состоит в том, чтобы измерить массу и размеры объекта и сравнить его радиус с
гравитационным радиусом,
,
Соседние файлы в папке Физика нейтрино (2 сем, мага)