Детектор номер один: Як вловити невловиме

Величезний резервуар з рідиною, прихований під товщею Апеннінських гір, зумів вперше зареєструвати низькоенергетичні нейтрино, що випускаються ядром Сонця.

Термоядерний синтез відбувається в ядрі Сонця - там, де температура і тиск максимальні. Фізикам вкрай важко дослідити цей процес: фотонам, що утворюються в центрі зірки, потрібні багато тисяч років, щоб досягти її поверхні і кинути геть. Крім фотонів у процесі термоядерної реакції утворюються ще й нейтрино - особливий вид частинок, що практично не взаємодіє з іншими частинками. Вони проходять через всю товщу зірки практично безперешкодно і досягають Землі через якихось 8 з невеликим хвилин - проблема полягає в тому, що їх неймовірно важко детектувати.

З цим завданням успішно впорався детектор Borexino - найбільший детектор нейтрино в світі, розташований в 200 км від Риму, в тунелі під однойменною горою. Детектор являє собою 300-тонний резервуар, наповнений спеціальним полімером - псевдокумолом (триметил-бензолом), в який додано деяку кількість флюоресціюючих присадок. Нейтрино, що проходить через детектор, зрідка взаємодіють з ядрами атомів полімеру, викликаючи короткі світлові спалахи. Ці спалахи вловлюють численні фотодетектори, розподілені по всій сфері резервуара. Навколишня детектор скельна порода захищає його від інших частинок, здатних викликати спрацьовування фотодетекторів: на відміну від нейтрино, вони цілком ефективно затримуються в її товщі.

Сонячні нейтрино були виявлені ще в 1960-х роках XX ст., коли вдалося засікти більш активні високоенергетичні нейтрино. Однак реакції, в ході яких утворюються подібні частинки, не вважаються особливо «важливими» - на їх частку припадає не більше 0,01% від всієї енергії, що генерується Сонцем. Низькоенергетичні нейтрино вдалося засікти в 1980-х, однак тоді чутливість детекторів була недостатня для того, щоб точно визначати їх енергію.

Детектор Borexino впевнено виявляє нейтрино з енергією в 862 тисячі електрон-вольт. Подібні частинки утворюються в ході термоядерної реакції за участю радіоактивного ізотопу берилію-7. На частку реакцій цього типу припадає близько 12% всіх сонячних нейтрино.

Згідно з зробленими раніше розрахунками, Borexino повинен детектувати в середньому близько 49 низькоенергетичних нейтрино в день. Прогноз виявився вірним, і це говорить про те, що загальноприйняті уявлення про фізику Сонця в цілому відповідають дійсності. «47 плюс-мінус 14 нейтрино на день, які ми маємо, чудово співвідносяться з так званою Стандартною Сонячною Моделлю» - говорить фізик Джіанпаоло Белліні (Gianpaolo Bellini).

Детально і популярно про елементарні частинки - в тому числі й різні нейтрино - можна прочитати в статті «Атоми і порожнеча».

За повідомленням ScienceNOW