Детектор номер один: Как уловить неуловимое
Термоядерный синтез происходит в ядре Солнца — там, где температура и давление максимальны. Физикам крайне затруднительно исследовать этот процесс: фотонам, образующимся в центре звезды, требуются многие тысячи лет, чтобы достигнуть ее поверхности и устремиться прочь. Кроме фотонов в процессе термоядерной реакции образуются еще и нейтрино — особый вид частиц, практически не взаимодействующий с другими частицами. Они проходят через всю толщу звезды практически беспрепятственно и достигают Земли через каких-то 8 с небольшим минут — проблема заключается в том, что их невероятно трудно детектировать.
С этой задачей успешно справился детектор Borexino — самый большой детектор нейтрино в мире, расположенный в 200 км от Рима, в тоннеле под одноименной горой. Детектор представляет собой 300-тонный резервуар, наполненный специальным полимером — псевдокумолом (триметил-бензолом), в который добавлено некоторое количество флюоресцирующих присадок. Нейтрино, проходящие через детектор, изредка взаимодействуют с ядрами атомов полимера, вызывая короткие световые вспышки. Эти вспышки улавливают многочисленные фотодетекторы, распределенные по всей сфере резервуара. Окружающая детектор скальная порода защищает его от других частиц, способных вызывать срабатывание фотодетекторов: в отличие от нейтрино, они вполне эффективно задерживаются в ее толще.
Солнечные нейтрино были обнаружены еще в 1960-х годах XX в., когда удалось засечь более активные высокоэнергетические нейтрино. Однако реакции, в ходе которых образуются подобные частицы, не считаются особенно «важными» — на их долю приходится не более 0,01% от всей энергии, генерируемой Солнцем. Низкоэнергетические нейтрино удалось засечь в 1980-х, однако тогда чувствительность детекторов была недостаточна для того, чтобы точно определять их энергию.
Детектор Borexino уверенно обнаруживает нейтрино с энергией в 862 тысячи электрон-вольт. Подобные частицы образуются в ходе термоядерной реакции с участием радиоактивного изотопа бериллия-7. На долю реакций этого типа приходится порядка 12% всех солнечных нейтрино.
Согласно сделанным ранее расчетам, Borexino должен детектировать в среднем около 49 низкоэнергетических нейтрино в день. Прогноз оказался верен, и это говорит о том, что общепринятые представления о физике Солнца в целом соответствуют действительности. «47 плюс-минус 14 нейтрино в день, которые мы имеем, прекрасно соотносятся с так называемой Стандартной Солнечной Моделью» — говорит физик Джианпаоло Беллини (Gianpaolo Bellini).
Подробно и популярно об элементарных частицах — в том числе и различных нейтрино — можно прочесть в статье «Атомы и пустота».
По сообщению ScienceNOW