Вселенная. Краткий путеводитель по пространству и времени: от Солнечной системы до самых далеких галактик и от Большого взрыва до будущего Вселенной

В детекторе Super-Kamiokande рабочим телом является вода, заполняющая огромную цистерну. Рассеиваясь на электронах, нейтрино передает им энергию, а электроны, двигаясь быстрее скорости света в воде, испускают черенковское излучение, которое регистрируется фотоумножителями, покрывающими стенки цистерны. По черенковскому излучению Super-Kamiokande может регистрировать и мюоны, порожденные взаимодействием мюонных нейтрино с веществом Земли (кстати, за открытие мюонных нейтрино в свое время также была присуждена Нобелевская премия). Это важно, например, для регистрации так называемых атмосферных нейтрино, возникающих при взаимодействии частиц космических лучей с нашей воздушной оболочкой, и изучения нейтринных осцилляций.

Super-Kamiokande может установить и направление прихода нейтрино, что дает возможность точно определить, что их источник – Солнце (источником мог бы быть и какой-то другой объект, например вспышка сверхновой в нашей Галактике или какие-то другие источники).

Правда, пока единственным (кроме Солнца) зарегистрированным астрофизическим источником нейтрино стала сверхновая SN 1987A, вспыхнувшая в 1987 г. в Большом Магеллановом Облаке. Несколько нейтрино от этого события были зарегистрированы с помощью установок Kamiokande II («Камиоканде II», предшественник Super-Kamiokande), другого водного черенковского детектора IMB (Irvine Michigan Brookhaven, США) и детектора SAGE (Soviet-American Gallium Experiment, Советско-американский эксперимент с галлием) Баксанской нейтринной обсерватории на Северном Кавказе (также на несколько часов раньше сработал сцинтилляционный детектор под Монбланом, однако до сих пор продолжаются дискуссии о природе этого «лишнего» нейтринного всплеска).

В 1987 г. были зарегистрированы нейтрино от вспышки сверхновой в Большом Магеллановом Облаке.

Баксанский детектор, как и эксперимент Дэвиса, использует радиохимический метод регистрации нейтрино, но рабочим элементом является не хлор, а галлий (71Ga). Взаимодействуя с нейтрино, галлий-71 превращается в радиоактивный германий-71 (71Ge), этот метод позволяет регистрировать нейтрино более низких энергий, чем в экспериментах с хлором. Германий можно выделить из рабочего тела химическими методами, и его распад позволяет точно измерить количество атомов, синтезированных в реакциях с нейтрино.

Нейтрино слабо взаимодействуют с веществом, поэтому для их регистрации нужны детекторы больших размеров, особенно если речь идет о регистрации нейтрино высоких энергий (таких частиц мало). Самым перспективным подходом считается использование черенковских детекторов с рабочим телом в виде естественного объема воды. В рамках этого подхода, предусматривающего создание детектора объемом 1 км³, развиваются три направления: морские детекторы, пресноводные детекторы и детекторы в Антарктическом ледяном щите.

Для регистрации нейтрино высоких энергий создаются гигантские водные черенковские детекторы.

Пресноводный детектор реализуется в озере Байкал: на множестве тросов, опускаемых в воду, располагаются оптические модули с фотоумножителями, которые регистрируют вспышки черенковского излучения заряженных частиц. Этот принцип регистрации аналогичен другим водным черенковским детекторам (таким, например, как Super-Kamiokande). Преимуществом озерной пресной воды является низкий световой фон из-за небольшого количества микроорганизмов (биолюминисценция) и радиоактивности растворенных солей, а также более спокойная обстановка (отсутствие сильного волнения). Тем не менее установки можно строить и в морях: европейские ученые развивают несколько проектов, целью которых является создание километрового детектора в водах Средиземного моря.

В настоящее время крупнейший нейтринный детектор – IceCube («Ледовый куб»), работающий в Антарктиде. Он является развитием проекта AMANDA (Antarctic Muon And Neutrino Detector Array, Антарктический массив мюонных и нейтринных детекторов), и его объем составляет примерно кубический километр. В 2013 г. было объявлено о первой регистрации нескольких десятков событий, и, несмотря на то что установка IceCube позволяет определять направления прихода зарегистрированных нейтрино, происхождение этих частиц остается неясным.

Крупнейший нейтринный детектор IceCube зарегистрировал несколько десятков событий, связанных с нейтрино высоких энергий. Происхождение этих частиц остается загадкой.