Более «земные» задачи для нейтрино

Более «земные» задачи для нейтриноИтак, ясно, что нейтринное зондирование удобно использовать для исследования глобальной структуры объектов. Для Земли это — общее изменение плотности вещества с глубиной, исследование отдельных крупномасштабных структур, таких, как ядро, мантия, конвективные ячейки и т. п. Для решения же задач, связанных с исследованием строения верхних слоев земной коры, например, с целью поиска полезных ископаемых, этот метод оказывается непригодным. Причина здесь точно та же, что не позволяет делать заключение о состоянии кожных покровов человека по рентгеновскому снимку: поглощение в коже составляет столь малую долю от общего, что не в состоянии дать информацию о деталях структуры кожного покрова.

И тем не менее нейтрино можно использовать для геологических изысканий! К такому заключению пришли недавно специалисты из США и Европейского центра ядерных исследовании, среди которых такие известные физики, как лауреат Нобелевской премии Ш. Глэшоу и создатель крупнейшего ускорителя в США Р. Вильсон. Роль нейтрино в этом случае несколько иная, нежели в методе просвечивания. И эффект использован другой. Пучок нейтрино, проходя через исследуемую область земной коры, будет генерировать в ней вторичные излучения — потоки мюонов и других частиц, акустические колебания и радиоволны. Именно эти вторичные излучения и будут приносить нужные нам сведения.

Из всех элементарных частиц мюоны — ближайшие конкуренты нейтрино по способности проходить через толщи вещества. Впрочем, о настоящей конкуренции речи, конечно же, быть не может, поскольку мюоны имеют электрический заряд и, проходя через вещество, довольно быстро теряют свою энергию в электромагнитных взаимодействиях с атомами. Тем не менее мюоны, рождаемые от нейтрино больших энергий, в состоянии проникать в толщи пород на глубины до нескольких километров. А это как раз те глубины, которые интересуют геологов.

Если нейтринный пучок проходит в однородной среде, то рождение и поглощение мюонов уравновешивают друг друга, так что нейтринный пучок на своем пути сопровождается потоком «равновесных» мюонов, примерно, как мчащийся поезд сопровождается приведенным им в движение воздухом. Теперь представим себе, что на пути нейтринного пучка окажется рудная залежь, содержащая вещества, которые отличаются по своему атомному составу от окружающей среды. В этом случае за залежью возникает своеобразная «тень», в которой поток мюонов отличается от равновесного. Вот он, сигнал о присутствии залежи! Аппаратура для регистрации мюонов достаточно проста и компактна, ее можно разместить даже на грузовиках.

Конечно, есть и здесь свои сложности. Мюонное зондирование позволяет хорошо определять контуры залежи, но, к сожалению, не может отличить толстый слой легкого минерала от более тонкого слоя тяжелого минерала. Нельзя ли расширить возможноти метода? Оказалось, можно, если измерять энергию мюонов. Это не только повышает чувствительность, но и дает информацию о глубине залегания и толщине слоя залежи.

При взаимодействии нейтрино с ядрами атомов вещества рождаются не только мюонные каскады, но и каскады других заряженных частиц, главным образом электронов и позитронов. Эти частицы очень быстро, на нескольких метрах, теряют свою энергию и поэтому не могут служить непосредственно зондом для изучения глубинных слоев земной коры. Однако их движение в веществе вызывает электромагнитное излучение, которое распространяется в породах на довольно большие расстояния. Оно-то и дает полезную информацию об электрофизических свойствах среды. Правда, мощность радиосигнала, генерированного нейтринным пучком, оказывается довольно малой, и для его практического использования потребуется очень высокая энергия и интенсивность нейтринных пучков, которые, вероятно, станут доступны лишь в более отдаленном будущем.

Рождение мюонов и каскадов приводит еще к одному интересному эффекту — быстрому разогреву и расширению вещества, через которое прошел нейтринный пучок. В результате возникает акустическая волна, которую, конечно же, можно зарегистрировать на поверхности Земли.

Картина возникновения радио- и акустического излучений от нейтринного пучка очень напоминает то, что можно наблюдать во время грозы, — появление молнии сопровождается потрескиванием в радиоприемнике, а через некоторое время до нас доходят и раскаты грома. Эти вторичные излучения, генерированные нейтрино высоких энергий, были подробно изучены теоретически (в частности, в связи с проектом ДЮМАНД) советскими физиками Г. Аскарьяном и И. Железных.

Несомненные достоинства нейтринно-акустического метода по сравнению с традиционной сейсморазведкой — использование прямых, а не отраженных волн, и возможность получения прямой информации о свойствах пород. Ведь характеристики термоакустического импульса зависят от свойств среды. Для поиска месторождений нефти и газа на глубинах до десяти километров, на расстоянии в тысячи километров от ускорителя этот метод может оказаться очень полезным. Правда, термоакустический сигнал довольно трудно выделить на фоне сейсмических шумов. Но можно. Ведь в сейсморазведке и радиолокации уже разработаны самые разные методы выделения слабых сигналов.


Открыть рубрики
Хорошая реклама:
Читайте по теме:
Знаете ли вы?
Над созданием наряда для фильма "Сумерки. Рассвет" около 6 дней трудились 4 портнихи Каролины Эрерры. Всего на свадьбу Беллы Свон и Эдварда Каллена продюсеры потратили около $70000, половина из которых ушло на на само платье

Еще факт!