Как можно использовать нейтрино?Первая из них очень схожа со всем нам известной рентгеноскопией. Только для исследования внутреннего строения Земли вместо рентгеновских лучей нужно использовать пучок нейтрино: поглощение, испытываемое нейтринным пучком, тем больше, чем большее количество вещества оказывается на его пути. Основная трудность здесь состоит не в том, чтобы нейтрино смогли пройти через Землю — для них это не составляет особого труда, а в том, чтобы они «заметили» ее присутствие на своем пути.

Другими словами, для получения «нейтринного снимка» нашей планеты поглощение частиц должно быть настолько велико, чтобы его зафиксировали регистрирующие приборы. Нейтрино низких энергий, например, реакторные, очень слабо поглощаются в веществе и для этой цели совершенно не годятся. Поглощение становится заметным лишь при энергиях, в миллион раз больших. Так, посылая через Землю пучок нейтрино с энергией один ТэВ, мы обнаружим, что на выходе из земли его интенсивность уменьшатся примерно на семь процентов. При энергии 10 ТэВ должно поглотиться уже около половины частиц. Использовать нейтрино еще более высоких энергий нецелесообразно — поглощение может оказаться настолько сильным, что Земля станет «непрозрачной» для них. Таким образом, нейтрино с энергией от долей ТэВ до нескольких десятков ТэВ — вот уникальный зонд для изучения внутренних областей нашей планеты.

Между нейтринными и сейсмологическими измерениями есть очень важное различие — в отличие от сейсмологических нейтринные измерения дают возможность прямо определять плотность вещества, встречающегося на пути пучка, без каких-либо дополнительных предположений.

Еще одно достоинство: нейтрино не только «замечает» различную плотность слоев, но сообщает информацию и о составе вещества Земли. Правда, получить эту информацию не так просто: нужно совместно использовать пучки нейтрино и их античастиц— антинейтрино, которые тоже могут быть получены на ускорителях. Нейтрино и антинейтрино по-разному взаимодействуют с протонами и нейтронами, входящими в состав ядер вещества, а значит, сравнивая поглощение нейтринных и антинейтринных пучков, можно получить сведения о содержании различных групп элементов во внутренних областях Земли.

Как и в обычной рентгеноскопии, нейтринное просвечивание пучком, посылаемым из одной точки, дает лишь «теневую проекцию» внутреннего строения Земли. Следующим шагом могла бы быть нейтринная томография, подобная рентгеновской томографии, которая уже используется в медицинской практике для детальной рентгеноскопии. Для этого нужно просвечивать Землю не только под разными углами, но и из различных точек на ее поверхности. Тогда образы отдельных внутренних структур, которые накладываются друг на друга, можно различить путем компьютерного анализа измерений.

Конечно, практически осуществить нейтринную томографию — задача чрезвычайно сложная. Одно дело — вращать вокруг тела пациента рентгеновский аппарат (или поворачивать самого пациента) и совсем другое — перемещать по поверхности Земли источник нейтрино—гигантский ускоритель. Впрочем, это обстоятельство не очень-то смущало болгарского физика И. Недялкова, предложившего идею нейтринной томографии. Это был ученый-мечтатель, который смелостью своей фантазии напоминал К. Э. Циолковского. Если ускоритель трудно двигать по земле, то давайте сделаем его плавающим — решает Недялков и принимается за расчет устойчивости такого ускорителя по отношению к морским волнам. Мало этого. В одной из своих работ он предлагает использовать нейтрино для исследования строения небесных тел. А для этого нужно послать на орбиту спутников этих тел источник нейтрино и детектор. У многих коллег Недялкова эти предложения вызывали улыбку. Действительно, пока подобные идеи выглядят фантастическими. Однако если предположить, что в будущем развитие техники приведет к созданию новых типов ускорителей (а для таких надежд, как мы увидим, есть основания), то подобные проекты могут стать вполне реальными. Кроме того, для нашего естественного спутника, Луны, существует гораздо более простая и реальная возможность — просвечивание пучком, посылаемым с Земли. Останется лишь смонтировать на обратной стороне Луны детектирующую аппаратуру.

Однако вернемся на Землю. До сих пор мы говорили о пучках, создаваемых на ускорителях. А нельзя ли для той же цели использовать «нерукотворные» нейтрино, создаваемые самой природой в самых разных процессах, которые протекают на Земле или н окружающем ее пространстве? Ну, например, потоки энергичных нейтрино, образующихся в атмосфере под действием космических частиц. Да, можно. Правда, измерения с такими    нейтрино могут дать лишь очень грубую информацию о распределении плотности Земли.

Есть и еще один источник сведений о строении и составе Земли — наблюдения за антинейтринным потоком от распада радиоактивных элементов в земных породах. Уже известно, что этот поток сопоставим по величине с потоком солнечных нейтрино на поверхности Земли. Конечно, наблюдать такие потоки — чрезвычайно сложная задача. Достаточно сказать, что необходимо выделять из нескольких сотен тонн вещества детектора один атом, образующийся за день в результате реакции, вызванной антинейтрино.

Понравилась статья? Поделитесь!

Поделитесь вашим мнением

Please enter your comment!
Please enter your name here