Введение

На прошлой неделе в космос был запущен первый в мире космический нейтрино-детектор, который будет исследовать загадочные нейтрино — частицы, постоянно обрушивающиеся на Землю. Эта миссия призвана протестировать технологии, которые в будущем помогут учёным разгадать скрытые процессы, происходящие в недрах Солнца.

Описание детектора

Нейтрино-детектор, созданный из кристаллов галлия и вольфрама, помещён в 3U кубсат (примерно 30 см в длину и 10 см в ширину). Он будет вращаться вокруг планеты на высоте 500 километров в течение примерно двух лет. Этот компактный прибор был запущен на миссии SpaceX CAS500-2 3 мая.

Проект SNAPPY

Проект, названный SNAPPY (Solar Neutrino Astro-Particle PhYsic), был задуман профессором физики и математики Уичитского государственного университета Николасом Соломей. Цель проекта — подтвердить основные технологии для будущей миссии, которая может доставить нейтрино-детектор вблизи Солнца. «Нейтрино на Земле довольно редки, поэтому для их обнаружения нужны очень большие детекторы,» — объясняет Соломей. «Но ближе к Солнцу количество нейтрино в тысячу и более раз превышает количество на Земле, что означает, что один килограмм детектора, который мы запустим на космическом аппарате и разместим ближе к Солнцу, будет действовать как тысяча килограмм детектора здесь, на Земле.»

Что такое нейтрино?

Нейтрино — это почти безмассовые частицы, которые возникают в результате естественного радиоактивного распада, ядерного деления, например, в ядерных реакторах, и в процессе термоядерного синтеза внутри звёзд. Несмотря на то, что нейтрино являются самыми распространёнными частицами во Вселенной (по данным Министерства энергетики США, через ваше тело проходит десятки триллионов нейтрино каждую секунду), их обнаружение представляет собой настоящую задачу.

Сложности обнаружения нейтрино

Их ускользающая природа объясняется практически отсутствующей массой и отсутствием электрического заряда. Для регистрации нейтрино на Земле обычно требуется использование массивных детекторов, погружённых глубоко под землю. Редкие взаимодействия нейтрино с веществом обусловлены слабым ядерным взаимодействием, которое управляет процессом радиоактивного распада.

Когда нейтрино взаимодействует с ядрами атомов, оно преобразуется в электрон и несколько более экзотических частиц, известных как мюоны и тау-частицы. Чтобы убедиться, что мюоны и электроны, зарегистрированные детектором, действительно происходят от взаимодействий нейтрино, детекторы необходимо устанавливать глубоко под землёй, где другие космические частицы не могут достичь. Крупнейший в мире детектор нейтрино, расположенный в Китае, находится на глубине 700 метров, а детектор IceCube на Южном полюсе — ещё глубже, на глубине от 1,450 до 2,450 метров.

Источники нейтрино

Во Вселенной полно нейтрино, которые путешествуют по космосу с момента Большого взрыва. Но многие также происходят изнутри Солнца. Другие достигают нашей планеты после того, как были выброшены в космос в результате далеких сверхновых взрывов — финальных взрывов звёзд, истощивших своё топливо в ядре.

Интерес к нейтрино

Соломей заинтересован в высоких концентрациях нейтрино вблизи Солнца. Детектор Snappy, который сейчас проходит тестирование на орбите, имеет простую задачу — подтвердить, что детекция нейтрино в космосе возможна. Детектор на основе галлия также более чувствителен к нейтрино, чем основанные на аргоновых детекторах, которые в основном используются на Земле.

Будущее исследования нейтрино

Соломей надеется, что если эксперимент окажется успешным, это может убедить NASA разместить нейтрино-детектор в рамках возможной будущей миссии к Солнцу. «Мы могли бы провести огромное количество наблюдений взаимодействий солнечных нейтрино, а также повысить разрешение по положению, чтобы получить изображение солнечных оболочек термоядерного синтеза вокруг ядра,» — поясняет Соломей. «Мы могли бы исследовать физику частиц, транспорт солнечных нейтрино, когда они выходят из Солнца и направляются в глубокий космос, некоторые из них идут в сторону Земли.»

Чувствительность детектора

Благодаря исключительной чувствительности детектора на основе галлия, Соломей полагает, что команда сможет поймать даже менее энергичные нейтрино, которые избегают обнаружения на Земле. Нейтрино приходят в различных «вкусах» в зависимости от процессов, которые их создали. Соломей считает, что, анализируя массовый поток нейтрино, идущий от Солнца, исследователи смогут открыть уникальное окно в жизненно важные процессы термоядерного синтеза, происходящие глубоко внутри звезды, вдали от досягаемости любых созданных человеком научных инструментов.

Заключение

Соломей сравнивает свой проект с внедрением микроскопа в ядро Солнца. «Существуют разные типы процессов термоядерного синтеза, которые происходят в разных слоях вокруг ядра Солнца, и мы могли бы изучить структуру солнечного синтеза, исследуя различные типы нейтрино,» — заключает он. Это открытие может значительно изменить наше понимание солнечной физики и процессов, происходящих в сердце нашей звезды.