Хороший обзор о роли нейтрино в космологии и о возможности использовать космологические данные для ограничения параметров нейтрино. Затронуты все возможные в данном случае аспекты: от роли нейтрино в формировании крупномасштабной структуры до космологических ограничений на число сортов нейтрино, от ограничений на массы нейтрино до перспектив обнаружения фона космологических нейтрино.

KamLAND - Kamioka Liquid scintillator Anti-neutrino Detector. Установка находится на месте бывшего эксперимента Kamiokande.

KamLAND - это 1000-тонный детектор, регистрирующий антинейтрино от атомных реакторов (большинство японских атомных станций находятся в пределах 150-200 км от установки). Кроме этого, детектор "видит" и солнечные нейтрино. Работать эксперимент начал 6 лет назад - в январе 2002 года.

В данной статье приводятся данные по реакторным антинейтрино в приложении к нейтринным осцилляциям.

На рисунке первом приведены данные для квадрата разницы масс между двумя легкими нейтрино, и для угла смешивания (показаны цветом). Также приведны данные, полученные из наблюдений солнечных нейтрино.

На втором рисунке приведено следущее. По горизонтальной оси отложено отношение эффективного расстояния до реакторов - источников антинейтрино (L₀=180 км) к энергии частиц. По вертикальной оси приведено отношение двух других величин. Первая из них - это поток антинейтрино (за вычетом фона и гео-нейтрино). Вторая - ожидаемый поток, если бы не было осцилляций. Как видно, осцилляции есть. Точки - данные. Кривая - ожидаемый результат, построенный с использованием определенных в эксперименте параметров.

Квадрат разницы масс легких нейтрино равен примерно 7-8 10^-5 eV. Квадрат тангенса угла смешивания легких нейтрино равен примерно 0.5. Более точные данные с описанием неопределенностей и прочими деталями - в статье.

Представлен отчет по разработке нейтринных детекторов для будущих нейтринных экспериментов на ускорителях. Представлены различные альтернативы как для удаленных детекторов, так и для инструментов, работающих на ускорителе.

Авторское замечание "suitable for a general audience" следует дополнить оговоркой, что речь идет о "физической" аудитории. Обзор в самом деле, на мой взгляд, хорош, но знаний физики и математики таки требует. Собраны все основные вопросы, обсуждающиеся в современной нейтринной физике. Во многих часто упоминаемых пунктах обзор поможет физику, не являющемуся специалистам в близких к физике нейтрино областях, разобраться чуть детальнее, яснее понять некоторые моменты.

Коллаборация ANTARES (будущий большой морской нейтринный детектор) собрала все свои статьи для материалов международной конференции по космическим лучам. Но сделано это не в виде "книжки", а в виде набора линков. Все лучше, чем ничего, т.е., чем искать все многочисленные статьи этой группы, раскиданные по архиву.

``Под одну обложку`` собраны все коротенькие статьи, написанные участниками коллаборации IceCube для материалов последней конференции из серии ICRC.

Следующий шаг в развитии нейтринной астрономии - это постройка телескопов с объемом порядка кубического километра. Рабочим телом может быть или лед (и тогда это проект IceCube), или вода. С водой много проблем, т.к. все основные проекты - морские, а там ``качает``, плавают всякие светящиеся существа и водоросли и тп. Тем не менее, морские проекты разрабатываются. Океанские, вроде бы, все закрыты, а вот европейцы в Средиземном море начали аж целых три проекта: NESTOR, NEMO и ANTARES. Но, видимо, до полномасштабного варианта доберется только один: три проекта объединяют под невнятной аббревиатурой KM3NeT.

Пока новый проект находится в стадии разработки, которая должна закончиться к 2009 году. При этом все три начатых проекта продолжают отрабатывать различные технологические решения. Какие из них войдут в итоговый километровый проект сейчас не ясно.

Еще несколько статей, посвященных проекту KM3NeT: Configuration studies for a cubic-kilometre deep-sea neutrino telescope - KM3NeT - with NESSY, a fast and flexible approach, Sensitivity studies for the cubic-kilometre deep-sea neutrino telescope KM3NeT .

Идея об использовании нейтрино для томографии Земли не нова и постоянно обсуждается. Важно только, чтобы был хороший источник нейтрино (естественный или искусственный) и хороший детектор. Авторы показывают, что можно надеяться на положительный результат с т.н. атмосферными нейтрино и детекторами типа IceCube.

Нейтрино самых высоких энергий возможно будут обнаружены установками типа обсерватории имени Оже или же километровыми детекторами нейтрино. Это было бы черезвычайно существенным открытием. Нейтрино не отклоняются магнитным полем, поэтому они прямо указывали бы на источники (в отличие от протонов и ядер в космических лучах). О том, как могут возникать нейтрино сверхвысоких энергий, как их "поймать за бороду", и что мы сможем узнать с их помощью можно прочесть в обзоре.

Серия коротких заметок в материалах конференции по космическим лучам, посвященных байкальскому нейтринному телескопу. О некоторых наиболее интересных результатах проекта можно прочесть в статье arxiv:0710.3064. Про прототип нового акустического детектора, создаваемого в рамках байкальского проекта, можно узнать здесь: arxiv:0710.3113.

Описано, как движется дело с работами по созданию нейтринного детектора NEMO.

Borexino - нейтринный эксперимент, установленный в лаборатории Гран Сассо. С его помощью впервые удалось зарегистрировать т.н. бериллиевые нейтрино от Солнца в режиме реального времени. Это первый случай такой регистрации нейтрино с энергией менее 1 МэВ.

Большой обзор, посвященный геонейтрино и исследованиям земных недр с их помощью.

Геонейтрино образуются в результате распада радиоактивных элементов (напомню, что для "томографии" Земли в принципе можно использовать и солнечные нейтрино, также, нейтрино от ускорителей могут давать в том числе и геофизическую информацию). Распадаются уран, торий, калий. Информация оказывается уникальной, т.к. вообще каналов получения данных об очень глубоких недрах немного.

Обзор содержит много интересных данных по строению Земли. Кроме того, рассматриваются интересные проекты экспериментов, возможные прорывы в нашем понимании строения планеты и многое другое.

Хороший понятный обзор по нейтринной астрономии (за вычетом солнечных нейтрино). В основном рассмотрены нейтрино от сверхновых, а также нейтринов высоких энергий.

Авторы представляют итог обработки данных эксперимента AMANDA-II по поиску нейтрино. Никакого избыточного сигнала не обнаружено. Т.е., на диффузный поток нейтрино можно только установить новый верхний предел.

Услышать нейтрино ...
Оказывается, нейтрино можно регистрировать акустическими детекторами. Если энергия частицы очень велика, то она порождает каскад частиц. В воде это приводит к генерации акустических волн, которые можно различить на фоне высокочастотного (20 КГц) шума с расстояния в 1 км! Строящийся детектор ANTARES будет включать в себя акустические установки. В статье кратко описан сам проект, а также его планируемая акустическая часть. Уже в этом году будут установлены первые "микрофоны для нейтрино".

Хорошая обзорная статья по нейтринной астрофизике. См. также astro-ph/0701170.

На мой взгляд, очень удачное сочетание подробного изложения с формулами и более доступного с аналогиями и понятными иллюстрациями. Т.о., каждый найдет для себя вариант объяснения того, что же такое нейтринные осцилляции.

Космические нейтрино можно детектировать разными способами. Сейчас, как известно, достраиваются очень крупные установки, которые будут искать нейтрино с помощью оптических методов в толще воды или антарктического льда. Однако для нейтрино очень высоких энергий такие методы поиска не подходят. Нужно что-то иное. О радиометодах я уже недавно писал, их будут использовать в антарктических экспериментах. В этой же статье речь идет об акустических методах, которые предполагается применять к морских экспериментах.

Поскольку есть надежда, что в ближайшие годы чувствительность детекторов будет достаточной для регистрации астрофизических нейтрино высоких энергий, актуально обсудить наиболее перспективные источники. В их число вошли гамма-всплески, близары, микроквазары и остатки сверхновых.

Рассмотрен механизм образования шаровых скоплений в стандартной картине иерархического скучивания. Для этого проведено численное моделирование: от самых ранних этапов формирования галактик до современного их состояния. Показано, что в самом деле, шаровые скопления могут образовываться из гигантских молекулярных облаков, которые успевают появиться на достаточно больших красных смещениях. Дальнейшая эволюция скоплений (и всей системы галактик) приводит к картине достаточно хорошо совпадающей с наблюдаемой. Далекие шаровые скопления (дальше 10 кпк от центра галактики) родились когда-то в более мелких галактиках-спутниках, которые к настоящему моменту уже разрушены.

IceCube - гигантский нейтринный детектор в Антарктиде. Ясно, что такие приборы не создаются за день. Постепенно в лед будут вмораживаться нити с детекторами. Первые уже "на месте" и работают. Анализу первых данных с уже работающей части детектора и посвящена статья. Результаты пока скорее технические чем научные. Вывод: все работает как надо.

Поскольку сейчас стандартная модель это "лямбда-СиДиЭм", т.е. холодная темная материя с космологической постоянной, то о нейтрино космологи как-то стали забывать. В обзоре описывается почему это все-таки не стоит делать.

Коротенькая заметка о состоянии дел на строящемся нейтринном телескопе ANTARES. Сам детектор будет в в полном масштабе запущен менее чем через два года (речь идет о конце 2007, но всегда "что-то происходит", и сроки начала работы крупных экспериментов обычно затягиваются). Пока работает тестовая "нить". Результаты обнадеживают.

Есть надежда, что новые установки (IceCube, Auger, ...) смогут регистрировать нейтрино сверхвысоких энергий. С реликтовыми нейтрино сложнее, но когда-нибудь и их научаться ловить. Обо всей этой науке (и об астрофизической части, и о технической, и о физике между ними) можно прочесть в обзоре.

Как известно, при своем рождении во взрывах сверхновых нейтронные звезды получают "тычки" (удары, толчки, кики - kicks). Причин для этого может быть несколько, например - несимметричное излучение нейтрино. Авторы рассмотрели, как такие "нейтринные удары" могут повлиять на динамику взрыва. Показано, что вклад нейтрино помогает устроить настоящий взрыв с выбросом. Конечно, это еще не значит, что основные проблемы механизма взрыва сверхновых решены ...

AMANDA - это нейтринный ледяной (т.е. находящийся в толще льда) детектор, установленный в Антарктиде. ICECUBE - это будущий детектор, качественно похожий на AMANDA, но превосходящий его по размерам. В коротком обзоре описываются оба проекта. Описывается что уже получила AMANDA, и что в будущем сможет получить ICECUBE.

Подробнее об ICECUBE можно прочесть в следующей статье, а эта послужит неплохим введением.

Собрано 18 коротких статей, посвященных различным аспектам нейтринного телескопа ICECUBE.

В связи с несколькими конференциями появилось сразу несколько препринтов. подготовленных разными докладчиками, по последним результатам Байкальского нейтринного эксперимента (astro-ph/0507698, astro-ph/0507712, astro-ph/0507713, astro-ph/0507715).

Дается обзор роли нейтрино в космологии в свете последних результатов по изучению крупномасштабной структуры, первичного нуклеосинтеза и анизотропии реликтового фона.

По словам авторов обзор включает в себя все последние данные по измерениям масс нейтрино, а также других параметров, характеризующих эти частицы.

Как читатель хорошо знает, полным ходом идет создание нескольких крупных нейтринных детекторов. Кроме того, проект Оже (Auger) сможет внести свой вклад в наблюдения нейтрино высоких энергий. Поэтому тема является достаточно горячей, ее включают в программы школ по астрофизике и физике, а иногда она прямо-таки доминирует.

В предлагаемых лекциях дан достаточно полный обзор области с упором на наблюдения нейтрино, а также на источники их порождающие.

GNO - Gallium Neutrion Observatory. Это нейтринная обсерватория в подземном комплексе в Гран Сассо в Италии. В статье представлены результаты пятилетней работы установки.

В основном обсуждаются процессы, в которых рождаются нейтрино сверхвысоких энергий. Это актуальная тема, т.к. уже строящиеся установки (например, Auger) смогут их регистрировать. Также рассмотрены и потоки космических нейтрино более низких энергий.

Кратко обсуждаются современные пределы на массу нейтрино, полученные по данным космологических исследований. Результат составялет 0.42 эВ. Это уступает данным по атмосферным нейтрино. Однако автор обсуждает, как в ближайшее время из космологии можно получить более точные данные.

В 1962 году Гурген Аскарян высказал гипотезу, что поток частиц в плотной среде будет давать когерентное черенковское радиоизлучение. Эффект уже наблюдался в лаборатории при обстреле гамма-лучами контейнеров с песком. Рассматриваются различные варианты наблюдения эффекта в "астрономических ситуациях", например, наблюдение эффекта при пролете частиц сквозь Луну. В этом случае наш спутник выступил бы в роли детекторам частиц космических лучей. Есть и другие идеи. С одной из них и связан антарктический проект ANITA.

Нейтрино высокой энергии пролетает сквозь Землю и порождает в антарктическом ледяном покрове поток частиц. Частицы дают радиоизлучение, которое и улавливается детектором.

Пока проведены тесты, о которых и рассказывается в статье.

Используя данные по микроволновому фону и крупномасштабной структуре, авторы получают ограничения на сумму масс нейтрино. Эти результаты обсуждаются в контексте различных наземных экспериментов (например, по нейтринным осцилляциям).

Декабрь-январь - пора подведения итогов. В этой небольшой заметке рассказывается о том, что происходило с установкой IceTop в прошлом году. Напомним, что IceTop - это "верхушка айсберга", называемого IceCube, т.е. это наземная часть гигантского нейтринного телескопа. Оба детектора только строятся, поэтому "многое сделано, но многое еще предстоит". В декабре началась установка некоторого оборудования.

См. также обзор The Pierre Auger Observatory -Status and Prospects, в котором описывается состояние дел в проекте Auger.

Предсказания теории первичного нуклеосинтеза можно проверять по данным измерений обилия некоторых элементов. В свою очередь, теория завязана на свойства реликтовых нейтрино. Значит, можно прокинуть мостик от наблюдений обилия элементов к свойствам нейтрино.

В лекциях сведены воедино основные данные по нейтрино. Статья не астрономическая, т.е. астроприложения занимают достаточно мало места. Так что весь объем отводится под физику, в основном под феноменологию нейтрино.

Дается обзор современных представлений о модели солнца и расчетах потоков нейтрино от него.

См. также статью New solar opacities, abundances, helioseismology, and neutrino fluxes.

Две статьи, связанные общей тематикой: излучение нейтрино сильнозамагниченными нейтронными звездами.

Авторы первой статьи пытаются объяснить, почему магнитары должны быть горячими. Они полагают, что наличие у нейтрино небольшого магнитного момента приведет в длинным временам охлаждения сильнозамагниченных звезд. Во второй статье ситуация прямо противоположна: авторы показывают, что странные звезды с большим магнитным полем будут остывать быстро. Конечно, основные выводы двух статей друг другу не противоречат, но для объяснения природы наблюдаемых магнитаров (например, в источниках повторяющихся гамма-всплесков и в аномальных рентгеновских пульсарах) должно подходить только что-то одно (или ни одного).

Как известно, проблема солнечных нейтрино до конца не разрешена. Отвлекаясь от неопределенностей, связанных с самими трудноуловимыми частицами, авторы обсуждают другие типы неопределенностей, и показывают, что ключевым является неточное знание обилия различных химических элементов на Солнце.

Статья по солнечным нейтрино, написанная Джоном Бакалом для Энциклопедии по физике. Наверное, другие комментарии излишни.

В дополнение стоит прочесть другую статью The Neutrino Matrix

Откуда может взяться нейтринный фон? У него два достаточно мощных, но очень разных источника: ранняя и очень горячая Вселенная (этот фон подобен электромагнитному реликтовому излучению и имеет почти такую же температуру, только отделение нейтрино от вещества произошло гораздо раньше) и нейтрино испускаемые коллапсирующими ядрами космологических сверхновых. Регистрация нейтрино с температурой в несколько градусов кельвина на сегодня нереально. А вот нейтрино от сверхновых вполне доступны современным приборам и могут принести очень много полезной информации. Именно этим двум вопросам посвящен обзор.

Как получать непосредственные данные из земных глубин? Например, с помощью нейтрино, возникающих при распаде радиоактивных элементов (урана, тория, калия). В обзоре (не таком уж и коротком все-таки) рассматриваются основные идеи и подходы к этой проблеме. Обсуждаются как разные теории внутреннего строения ЗЕмли, которые можно было бы подтвердить или отвергнуть, а также планируемые специальные нейтринные детекторы.

ANTARES - черенковский подводный нейтринный телескоп, который строится в средиземном море на глубине 2500 м. К окончанию строительства в 2007 году должен состоять из 12 гирлянд, содержащих 900 фотоумножителей. Но уже сейчас он частично построен и его установленные части уже тестируются. Более подробное описание сегодняшнего состояния данного проекта вы найдете в статье.

Похоже, что проект ANTARES все-таки будет осуществлен! Прототипы уже работали. Были некоторые проблемы, из которых сделали правильные выводы. Окончательный вариант первой очереди должен вступить в строй в 2006 г., и, похоже, это вполне реалистичный срок.

О другом нейтринном детекторе - ICECUBE - расположенном в Антакртике, можно прочесть в статье Fazely IceCube: The Cubic Kilometer Neutrino Telescope at the South Pole. Установка обоурдования для этого эксперимента начнется в конце этого года и продлится около 6 лет.

Сам Джон Бакал рассказывает о нейтрино! Повествование описывает достижени последних трех лет.

Можно также отметить свежий обзор Solar Neutrino Measurements, посвященный экспериментам по солнечным нейтрино.

Большой обзор по приложениям современных теорий к космологии. Статья написана понятным языком со множеством иллюстраций, изложением основ и с описаниями возможных проверок предсказаний теории. Для последнего автора отводит довольно много места, перечисляя основные эксперименты (как уже завершенные, так и идущие и планирующиеся) в различных областях: нейтринные детекторы, поиск темной материи и т.д. Соответственно описаны результаты этих экспериментов. В общем: теория и практика в одном флаконе!

Авторы провели повторные расчеты потоков атмосферных нейтрино, на этот раз с рамках трехмерной геомагнитной модели. Согласно их утверждениям точность полученных потоков лучше чем 10% на энергиях ниже 10 ГэВ. Подробное описание проделанной работы привело к тому, что получился неплохой обзор по указанному вопросу.

Некоторые современные теории элементарных частиц утверждают, что кроме нашего мира, в котором все тела состоят из известных нам фотонов, протонов, электронов и т.д. в этой же самой Вселенной может существовать еще один, такой же по разнообразию свойств мир, построенный из других частиц, которые называют "зеркальными" (отсюда "зеркальное вещества" и "зеркальная вселенная"). Набор зеркальных частиц и их взаимодействия между собой могут быть такими же (строго или приближенно) как в нашем мире или же могут совершенно от них отличаться. Основной особенностью зеркальных частиц является то, что с нормальным веществом они взаимодействуют либо только гравитационно, но это очень жесткое ограничение, после введения которого остается совсем мало интересной физики. Поэтому в последнее время при рассмотрении зеркальных теорий дополнительно предполагают наличие (слабого) смешивания обычных и зеркальных частиц. Это означает, что при некоторых условиях зеркальные нейтрино или (как в этой статье) фотоны могут превращаться в соответствующие обычные частицы и наоборот. Никакое другое взаимодействие между обычным и зеркальным веществом невозможно (т.е. мы его не можем даже напрямую увидеть).

Если зеркальное вещество во своим (внутренним) свойствам похоже на наше, то из него будут образовываться галактики (зеркальные), в них звезды, а массивные зеркальные звезды будут заканчивать свою эволюцию взрывами сверхновых (в зеркальном мире). Причем обычные и зеркальные галактики будут скорее всего совпадать (оба сорта вещества будут расположены в общей гравитационной потенциальной яме), а отдельные звезды - располагаются независимым образом.

При взрыве зеркальной сверхновой выделяется поток энергии, в основном в нейтрино и фотонах. Часть этих зеркальных фотонов может превратиться в обычные. А возникающая "на пустом месте" сверхмощная вспышка излучения может объяснить некоторые наблюдаемые в космосе интересные феномены.

Авторы статьи приводят три таких явления:

• "Великий Аннигиллятор" - источник позитронов в центре Галактики, наблюдаемый по аннигиляционной линии 511 кэВ;
• гамма-всплески и
• сверхновые.

А вообще статья очень простая и прозрачная.

В обзоре рассмотрено современное состояние нейтринной космологии: от момента отсоединения нейтрино от вещества и существования стерильных нейтрино, до эффектов, проявляющихся в крупномасштабной структуре и реликтовом излучении. Особое внимание автор уделяет "измерению масс" нейтрино по космологическим данным.

Обзор современного состояния дел в изучении солнечных нейтрино.

Дано подробное описание очень высококачественного жидкого сцинциллятора, используемого в нейтринном эксперименте KamLAND. Авторы полагают, что одной из важнейших составляющих успеха этого проекта по изучению нейтринных осцилляций была высокая чистота (в смысле фоновой радиоактивности) сцинциллятора.

Очень короткая заметка, про продолжающийся и развивающийся эксперимент на подводном черенковском нейтринном телескопе на озере Байкал. Каких-либо феерических открытий там не сделано, но есть результаты, работа идет, есть и планы на будущее.

Обсуждаются нейтринные процессы в полупрозрачном (для нейтрино) веществе сверхновых и почти непрозрачных протонейтронных звездах. Рассматриваются вопросы регистрации нейтринного сигнала на Земле на существующих установках и возможность на этой основе различить те или иные модели нейтронных звезд.

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

Регистрация нейтринного сигнала от сверхновой 1987A на установках Kamiokande и IMB была возможна только на ранних этапах существования протонейтронной звезды (<10 с) и не накладывало ограничений на массу и свойства нейтронной звезды. Регистрация вспышки сверхновой в центре нашей Галактики на современных установках (SNO, USO или SuperKamiokande) позволит определить массу нейтронной звезды и определить состояние ее вещества. миниобзор astro-ph/0403286 Нейтринные эксперименты и их приложения (Neutrino Experiments and Their Implications) Authors: A.B. Balantekin Comments: 8 pages, 3 figures Дан обзор современного состояния эксперимента с солнечными, реакторыми и ускорительными нейтрино. А также описано применение результатов этих экспериментов в нейтринной и солнечной физике, теории ядерных двухчастичных взаимодействий и нуклеосинезе r-процессов. Выпуск 70. 16-22 февраля 2004 hep-ph/0402102 Сильное взаимодействие между нейтрино и нуклонами сверхвысоких энергий как решение загадки GZK-обрезания Authors: Z. Fodor, S.D. Katz, A. Ringwald, H. Tu Comments: 20 pages, 12 figure Согласно современным теоретическим представлениям фотоны с энергиями выше 4x1019 эрг не могут преодолевать космологические расстояния из-за взаимодействия с мягкими фотонами реликтового излучения, и в спектре космических лучей выше этой энергии должен наблюдаться завал (который носит имена Грейсена-Зацепина-Кузьмина). Похоже, однако, что этот завал не наблюдается (в данных разных обсерваторий есть некоторые противоречия). Авторы данной статьи предлагают новое объяснение - более сильное взаимодействие нейтрино с нуклонами (протонами и нейтронами) на этих энергия. Выпуск 68. 01-07 февраля 2004 обзор hep-ph/0402005 Нейтрино и феноменология нарушения CPT инвариантности (Neutrinos and the Phenomenology of CPT Violation) Authors: N.E. Mavromatos Comments: 29 pages, talk at `Neutrino-Oscillations in Venice 2003'', December 3-5 2003 После обзора некоторых подходов к квантовой гравитации автор обсуждает возможную феноменологию. Об астрономии нейтрино высоких энергий см. также недавний обзор High-Energy Neutrino Astronomy. Выпуск 66. 19-26 января 2004 миниобзор hep-ph/0401153 Астрономия нейтрино высоких энергий: возможность для физики элементарных частиц (High-Energy Neutrino Astronomy: Opportunities For Particle Physics) Authors: Dan Hooper Comments: 10 pages. Based on review talk given at the 2004 Cracow Epiphany Conference on Astroparticle Physics В некотором смысле современная физика элементарных частиц находится в состоянии кризиса (застоя), вызванного невозможностью экстенсивного развития: строить новые ускорители, которые на порядки превосходили бы предыдущие по энергии, очень дорого. Поэтому физики все чаще смотрят в небо не только с мольбой о помощи, но и в поисках высокоэнергичных частиц. Помните:"Вселенная - это ускоритель для бедных". В даннойм обзоре автор рассматривает вопрос о том, что могут дать наблюдения космических нейтрино высоких энергий для исследований расширений Стандартной модели (о стандартной модели см. обозрение Игоря Иванова).