Чтобы избавиться от фона космических лучей на черенковских детекторах частиц сверхвысоких энергий (водяных или ледяных) обычно регистрируют частицы, которые идут снизу, т.е. перед этим исходная частица пересекает всю Землю, а регистрируемая заряженная частица рождается где-то непосредственно под детектором. Однако для получения точных результатов требуется знать как исходные частицы (нейтрино) распространяются в толще Земли. Этому вопросу и посвящена данная небольшая, но интересная статья.

Исторически одни из самых жестких пределов на массу нейтрино устанавливались по астрономическим (космологическим) данным. Конечно, хочется четких лабораторных пределов, но очень уж неуловимы эти частицы.

В этой работе авторы используют данные новых экспериментов по исследованию крупномасштабной структуры и реликтового излучения. Результаты говорят о том, что суммарная масса нейтрино (имеется ввиду сумма масс электронного, мюонного и тау нейтрино) меньше чем примерно 0.7 эВ.

В статье обсуждаются и другие эксперименты (включая лабораторные), результаты которых сравниваются с полученным авторами пределом. Все неплохо согласуется друг с другом.

Большой понятный обзор по нейтринным телескопам (с картинками!). Рассказано о всех типах детекторов (солнечные нейтрино, атмосферные нейтрино, нейтрино высоких энергий). Кратко дается астрофизическая мотивация для разных исследований. Описаны как первые эксперименты, так и те, что только планируются.

Очень советуем всем, кто хочет узнать больше о нейтринных наблюдениях.

Откуда, в основном, приходят нейтрино, родившиеся в термоядерных реакциях? C z~2.

Кроме того в обзоре рассмотрены следующие вопросы:

• каков этот фон (наблюдательные данные);
• что дают источники в нашей Галактике;
• в других галактиках.

Короткий обзор о современных ледяных черенковских детекторах: о действующем сегодня детекторе AMANDA и о гораздо более крупном (~1 км) планируемом IceCube. (Конечно, оба расположены в Антарктиде.) Какие эксперименты на них можно будет провести и что эти эксперименты позволят проверить - вот основная тема заметки.

Оба детектора регистрируют черенковское излучение релятивистских электронов, выбитых из молекул воды нейтрино высоких энергий. Скорость движения таких электронов превышает скорость света во льду. Выбитый из атома электрон движется почти в том же направлении, что и столкнувшееся с ним нейтрино, т.о. мы можем узнать из какой точки на небе оно пришло. Чтобы уменьшить фон от заряженных частиц космических лучей будут регистрироваться только электроны, порожденные нейтрино, которые предварительно прошедших сквозь Землю, т.е. движущихся снизу вверх. Таким образом детекторы, расположенные на южном полюсе, будут наблюдать за источниками северного неба.

Слева - схема детектора IceCube, справа - смоделированная карта источников нейтрино высоких энергий, которые могут быть зарегистрированы на установке IceCube.

Нейтрино от Солнца наблюдаются уже в течение 40 лет. И почти все это время с переменным успехом шла "борьба" между теоретическими моделями Солнца и данными полученными в экспериментах. Основное противоречие сводилось к тому, что на Землю приходит примерно на 1/3 меньший поток нейтрино, чем надо. Сначала это несоответствие считалось недостатком моделей Солнца, затем - экспериментов по регистрации нейтрино, а после того, как эксперименты стали достаточно точными - теории нейтринных процессов. Битва завершилась год назад - после экспериментального доказательства существования осцилляций нейтрино.

Гораздо более подробный - в лицах и деталях - рассказ бы найдете в обзоре классика современной астрофизики Джона Баккала.

Космологические наблюдения последних нескольких лет (в первую очередь продолжающийся эксперимент WMAP) дают серьезные ограничения на параметры нейтрино: в первую очередь на число легких нейтрино и на их массы (в зависимости от числа).

Радиоволны с частотами порядка 100 МГц-1 ГГц могут на несколько метров проникать вглубь поверхности Луны или, наоборот, выходить наружу, преодолевая несколько метров лунного реголита. На этом свойстве лунного грунта основан метод регистрации нейтрино сверхвысоких энергий (~10¹⁸-10²⁰ эВ). Небольшая доля пучка сверхэнергичных нейтрино рассеивается на электронах лунного грунта, электроны начинают двигаться с релятивистскими скоростями, которые превышают скорость света в реголите и испускают Черенковское излучение. Гигагерцовые радиоволны, для которых лунный грунт достаточно прозрачен, выходят наружу и могут быть зарегистрированы наземными радиотелескопами. В данной статье приведены расчеты временных и угловых профилей излучения, порождаемого на поверхности Луны импульсом нейтрино сверхвысоких энергий.

Коллапсирующее ядро массивной предсверхновой - один из самых мощных источников нейтрино во Вселенной. Какое воздействие этот поток может оказать на ядра атомов в коллапсирующем ядре? Как на этих реакциях может сказаться эффект смешивания нейтрино (переход нейтрино одного сорта в другие)? Вот две основные темы этого короткого обзора.

Огромный (110 страниц!) фундаментальнейший обзор охватывает как саму физику массивных нейтрино (эксперимент и теорию), так и ее физические (реакторы, процессы в атмосфере и т.д.) и астрономические (первичный нуклеосинтез, лептогенез, реликтовое излучение, сверхновые) приложения. Много места уделено феноменологии осцилляций нейтрино и нарушению симметрий. Рассмотрены также возможные пути дальнейшего развития данного направления в науке.

Одна из иллюстраций обзора:
нейтринные процессы при взрыве сверхновой

Как зарегистрировать и определить свойства космологических нейтрино экспериментально сегодня не знает никто. Их энергия слишком мала для того, чтобы они вступили в какую-либо реакцию. По этой же причине невозможно обнаружить их механическое воздействие. Однако можно попытаться определить их свойства косвенным путем. Например, как в данном кратком обзоре, по космологическим наблюдениям спутника WMAP.

Атмосферные нейтрино - нейтрино, которые регистрируют по их взаимодействиям с ядрами атомов земной атмосферы и по возникающих при этом атмосферных ливнях. Эта область очень интересна и важна. Например, именно данные по атмосферным нейтрино долгое время (до того как это было подтверждено другими данными) служими основным аргументом в пользу гипотезы об осцилляции нейтрино. Эксперимент AMS, проведенный на борту Шаттла, которому посвящена часть данной статьи, также интересен.

Однако, прочитать или хотя бы просмотреть данную работу хочется не по этому. Она принадлежит к редкому классу публикуемых работ, который можно назвать "научным комиксом" - 34 страницы этого 43 страничного обзора занимают рисунки, графики, иллюстрации.

Трактория движения протона с энергией 5 ГэВ, родившегося на рассоянии 6 радиусов Земли от ее центра, но никогда не достигающего ее поверхности (из-за магнитного поля)

На глубине 1.1 км несколько месяцев в году работает Байкальский нейтринный эксперимент. В очень короткой заметке суммированы результаты наблюдений за 1999 г.. даны новые верхние пределы на количество нейтрино сверхвысоких энергий, нейтрино от WIMPs (weakli interacting massive particles - частицы темной материи), а также дано краткое описание расширенной версии телескопа - NT200+ - результаты работы которой сейчас обрабатываются.

^{(Архив Нейтрино:} v.2, 2004, v.1, 2002-2003)