Физики придумали, как достучаться до звёзд за пределами галактики
Международная группа учёных в Японии готовится усовершенствовать нейтринный детектор Super-Kamiokande с
помощью добавления одного металла. Это, по мнению исследователей,
поможет Super-Kamiokande стать первым в мире детектором, способным
фиксировать взрывы звёзд за пределами Млечного Пути.
Напомним, что нейтрино – это частицы, образующиеся в ходе ядерных реакций (например, на Солнце, звёздах или на атомных электростанциях). Существуют три типа нейтрино (тау, электронное и мюонное).
Они настолько крохотные и
взаимодействуют с остальным веществом так слабо, что каждую секунду
триллионам из них удаётся проходить сквозь человеческие тела и
оставаться совершенно незамеченными. Их изучение позволит учёным узнать
больше о жизни и эволюции звёзд во Вселенной близ Млечного Пути.
Проблема заключается в том, что все нейтрино от сверхновых,
которые были обнаружены до сих пор, приходили из ближайших окрестностей
нашей галактики. И никто из учёных сегодня не знает, отличаются ли
нейтрино более старых чем Млечный Путь галактик, расположенных вдалеке от нашего родного дома.
Физик-экспериментатор Марк Вэгинс (Mark Vagins) из Института Кавли и теоретик Джон Биком (John Beacom)
из Университета Огайо подумали, как можно улучшить крупнейший
нейтринный детектор в Японии, чтобы он мог собирать данные о более
"дальних" нейтрино.
Одна из их идей состояла в том, чтобы добавить редкоземельный металл гадолиний в
резервуар с водой Super-Kamiokande. Цель – воспользоваться способностью
ядра гадолиния захватывать частицы нейтроны. Если нейтрон в ходе
взаимодействия нейтрино освобождается где-то поблизости от ядра
гадолиния, то он им поглощается. В результате высвобождается
дополнительная энергия, появляется слабая вспышка света, которую
существующее оборудование может детектировать.
Но прежде чем начать какие-либо
испытания, двум исследователям нужно было узнать, выполнима ли их идея.
Также нужно было предугадать все возможные осложнения и заранее понять,
как их можно преодолеть.
Во-первых, вода внутри детектора должны
быть прозрачной. Нейтрино при взаимодействии с водой создаёт слабейшие
вспышки света, которые могут быть зафиксированы фотоэлектронными умножителями,
расположенными на стенах резервуара. Если добавление гадолиния сделает
воду мутной, то фотоумножители попросту не "увидят" первоначальный свет и
не усилят его для детекторов.
Во-вторых, гадолиний необходимо
равномерно распределить внутри резервуара. Так, чтобы он мог быть
достаточно близко к месту взаимодействия нейтрино с водой, чтобы усилить
его сигнал.
По словам физиков, эти два критерия,
равномерность распределения и прозрачность, необходимы, что гадолиний
усовершенствовал работу детектора.
В июле 2015 года доктор Вэгинс объявил
на международной конференции в Токио, что он разработал необходимую
технологию и теперь можно начать обогащать Super-Kamiokande гадолинием.
Гадолиний является побочным продуктом
добычи других редкоземельных металлов. Некоторые из них используются в
высокотехнологичных устройствах, например, в телевизорах с плоским
экраном. Гадолиний вполне доступный материал, так что доктор Вэгинс и
его команда могут приобрести 100 тонн материала необходимых
Super-Kamiokande, чтобы обнаружить нейтрино от далёкой сверхновой.
Добавим, что Super-Kamiokande – это
гигантский детектор, расположенный в японской лаборатории на глубине в
один километр в цинковой шахте Камиока, в 290 километрах к северу от
Токио. Детектор Super-Kamiokande представляет собой резервуар из
нержавеющей стали высотой 42 метра и диаметром 40 метров, заполненный
50000 тоннами специально очищенной воды. На стенах резервуара размещены
11146 фотоумножителей.
В 1987 году Kamiokande зарегистрировал первые нейтрино от сверхновой SN 1987A.
Эксперимент возглавлял профессор Масатоси Косиба (Masatoshi Koshiba) из
Токийского университета. В 2002 году он был удостоен Нобелевской премии
по физике.
В 1998 году было доказано, что нейтрино
имеют массу, это доказательство принесло в 2015 году Нобелевскую премию
по физике Такааки Кадзите (Takaaki Kajita), который был учеником доктора Косибы.
Источник: vesti.ru.
Рейтинг публикации:
|
