Вчені розрахували потік нейтрино від космічних променів, що падають на поверхню місяця

0
23

Співробітники мфті та інституту ядерних досліджень ран вивчили спектри місячних нейтрино-надлегких фундаментальних частинок, що виникають через взаємодію космічних променів з поверхнею місяця. Спостереження таких частинок зробить місяць новим джерелом нейтрино, що може дати додаткові методи її вивчення. Робота опублікована в журналі physical review d.

Нейтрино — це дуже легка елементарна частинка, яка не має електричного заряду. Нейтрино утворюються під час різних радіоактивних розпадів, наприклад при бета-розпаді в атомних ядрах, в ході природних ядерних реакцій, що відбуваються в зірках, під час реакцій в реакторах або на прискорювачах і в ряді інших процесів. Цими частинками пронизаний весь космос, проте вони виключно слабо взаємодіють з речовиною. Близько 90 млрд нейтрино в секунду проходять через кожен квадратний сантиметр земної поверхні, а значить, і крізь нас. Вивченням нейтрино займаються по всьому світу: справа в тому, що нейтринний сигнал поширюється без перешкод, на відміну від електромагнітних хвиль, а значить, реєстрація і вивчення цих частинок можуть дати нову інформацію про джерела нейтрино і про їх властивості.

Нейтрино здатні виникати в розпадах адронів в астрофізичних об’єктах. Однак такі джерела знаходяться на досить великих відстанях, а значить, реєстрація астрофізичних нейтрино вимагає кутового дозволу, значно перевищує можливості сучасних нейтринних телескопів. З цієї точки зору одним з цікавих джерел нейтрино є місяць, що знаходиться на досить близькій відстані від землі. Бомбардуючи місячну поверхню, космічні промені утворюють мезони, які гальмуються в поверхневому шарі сипучого місячного грунту і розпадаються, виробляючи низькоенергетичні нейтрино. Таким чином, місяць стає джерелом нейтрино, які можна виявити за допомогою нейтринних телескопів.

У своїй роботі вчені з інституту ядерних досліджень ран і мфті розрахували потік низькоенергетичних нейтрино, що виникають через космічні промені, що бомбардують поверхню місяця. Чисельне моделювання взаємодії космічних променів з реголітом (місячним грунтом) і підрахунок нейтрино, що утворюються в розпадах утворюються адронів, показали, що відношення місячного і атмосферного потоків нейтрино в напрямку на місяць в низькоенергетичному діапазоні (від 10 мев до приблизно 1 гев) близько до одиниці, проте їх спектри сильно відрізняються. Реєстрація нейтрино відповідним детектором-сама по собі трудомістке завдання не тільки через високу проникаючу здатність нейтрино, але і через наявність шуму від інших частинок, які можуть імітувати нейтринні взаємодії, а розрізнити нейтрино від різних джерел тим складніше.

” незважаючи на схоже походження місячних і атмосферних нейтрино, своєрідний спектр перших, викликаний здебільшого відсутністю атмосфери на місяці, робить потенційно можливим розрізняти між собою нейтрино різного походження. Крім того, при моделюванні була виявлена залежність спектра місячних нейтрино від щільності реголіту, що в подальшому може допомогти у вивченні властивостей місячного грунту», — розповів сергій демидов, науковий співробітник інституту ядерних досліджень ран і мфті.

Виявлені особливості можуть бути використані для пошуку місячних нейтрино в майбутніх нейтринних експериментах на землі. Однак кутова роздільна здатність детекторів нейтрино в даний час залишається досить низькою в порівнянні з кутовим розміром місяця на небі. Також для детального вивчення спектра таких нейтрино необхідно гарне енергетичне дозвіл. Дослідники дійшли висновку, що для виявлення місячних нейтрино потрібні не просто великі, але величезні нейтринні детектори з виключно високим енергетичним і кутовим дозволами — завдання, яке одного разу може стати здійсненним.

Спостереження місячних нейтрино дозволить зробити місяць найближчим астрофізичним джерелом, для якого працює концепція багатоканальної астрономії, метою якої є отримання відомостей про відбуваються в космосі процесах шляхом вивчення хвиль, частинок і космічних променів високої енергії, що випускаються одними і тими ж позаземними джерелами.