Отправляет email-рассылки с помощью сервиса Sendsay

"Элементы": новости науки

Подписаться Бесплатная «Золотая» новостная рассылка Подписчиков 12.995 RSS
←   Ноябрь 2006   →
 1
01.11.2006
04:29:46
15:16:53
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
08.11.2006
15:17:42
17:02:38
 9
10
11
12
13
13.11.2006
03:36:06
04:31:10
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30


За последние 60 дней ни разу не выходила


Сайт рассылки: http://elementy.ru
Открыта: 09-05-2006

Автор
Редакция сайта "Элементы"

Статистика

12.995 подписчиков
-1 за неделю
←   Все выпуски   →

Звучание электронного луча поможет детектировать нейтрино


«Хронология далекого прошлого»

Хронология далекого прошлого

18 тысяч лет назад...
330 миллионов лет назад...
Откуда берутся эти цифры? Насколько им можно доверять?

Статья доктора биологических наук Александра Маркова открывает на «Элементах» раздел Методология науки

Звучание электронного луча поможет детектировать нейтрино

31.10.2006

Высокоэнергетическое нейтрино может вызвать мощный электромагнитный ливень в толще океана, акустический щелчок от которого зарегистрируют гидрофоны (изображение с сайта saund.stanford.edu)
Высокоэнергетическое нейтрино может вызвать мощный электромагнитный ливень в толще океана, акустический щелчок от которого зарегистрируют гидрофоны (изображение с сайта saund.stanford.edu)

Российские физики из ВНИИФТРИ, НИИЯФ МГУ и ИТЭФ изучили акустические эффекты при вхождении сгустка электронов в вещество. Интерес к ним связан с возможностью акустического детектирования космических нейтрино сверхвысоких энергий.

Нейтрино — самые трудноуловимые из известных элементарных частиц. Детекторы нейтрино (их часто называют нейтринными телескопами) представляют собой большие резервуары воды (или льда, как, например, IceCube в Антарктиде), внутри которых установлены многочисленные «электронные глаза» — фотоумножители. Эти детекторы расположены так глубоко под землей (под водой, под антарктическими льдами), что никакие другие частицы, кроме нейтрино, их не могут достичь.

Подавляющее большинство нейтрино просто проходят детектор насквозь, не оставляя следа, и лишь крайне редко они всё же «наталкиваются» на вещество, превращаясь в электроны. Если исходное нейтрино обладало большой энергией, то этот электрон порождает электромагнитный ливень — поток электронов и позитронов меньшей энергии. При движении сквозь воду они, за счет черенковского излучения, дают вспышку света, которую и регистрируют фотоумножители. После обработки данных со всех фотоумножителей можно восстановить полную яркость вспышки, отсюда полную энергию ливня, и значит, энергию первоначального нейтрино.

Такая методика «отлова» нейтрино уже давно отлажена и хорошо себя зарекомендовала, однако у нее есть один важный недостаток (как и у большинства экспериментов по регистрации элементарных частиц): в ней используется очень дорогостоящая аппаратура. Поэтому интересно было бы найти иной, более простой и более дешевый способ регистрировать нейтрино и оценивать их характеристики.

Некоторое время назад была высказана идея, что помочь в этом может... звучание пучков элементарных частиц при их движении сквозь вещество. Эта идея сразу же обрела многочисленных сторонников (см. библиографию по акустическому детектированию нейтрино, диссертацию по этой теме и страницы проектов SAUND и ACORNE, в которых будет реализована эта идея).

Действительно, появившийся вдруг в воде высокоэнергетический электрон и порожденный им электромагнитный ливень не только приводят к ионизации и излучению, но и наносят по воде резкий точечный «удар изнутри». Как было предсказано еще полвека назад советским физиком Гургеном Аскарьяном (Gurgen_Askaryan), этот удар вызывает краткий звук в килогерцевом диапазоне, а значит, его можно зарегистрировать обычными гидрофонами, что и было осуществлено пару десятилетий спустя (правда, в этих экспериментах использовались протонные пучки).

Для использования этого эффекта в нейтринных телескопах одного лишь знания, что «пролетело нейтрино», мало. Желательно, например, выяснить, как «звучание» электронов зависит от энергии нейтрино и направления его прилета. Иными словами, требуется провести систематическое изучение акустических эффектов при прохождении электронных сгустков сквозь воду.

Исследователи из НИИ ядерной физики им. Д. В. Скобельцына (НИИЯФ МГУ), Института теоретической и экспериментальной физики им. А. И. Алиханова (ИТЭФ) и ВНИИ физико-технических и радиотехнических измерений (ВНИИФТРИ), что в подмосковном поселке Менделеево, взялись за эту задачу. Их первые результаты описаны в недавнем е-принте physics/0610241. Физики провели простой эксперимент: бомбардировали камеру с водой электронными сгустками и изучали распространение возникавших в камере звуковых волн. Электронные сгустки содержали примерно по 1011 частиц с энергией 50 МэВ на частицу и моделировали собой хорошо развитый электромагнитный ливень, который мог бы возникнуть от нейтрино сверхвысокой энергии, приходящих к&! nbsp;нам из глубокого космоса.

Выяснилось, что электронный луч, попадая в воду, производит звук — а точнее, щелчок — в два этапа: сразу же в месте входа в среду и затем вдоль своей траектории. В результате звуковые колебания представляют собой наложение полусферической волны, идущей от стенки в месте входа пучка, и цилиндрической волны, расходящейся от канала, по которому он прошел. Пользуясь аналогией из электродинамики, можно сказать, что щелчок удалось разложить на две составляющих: переходное акустическое излучение при входе из воздуха в воду и собственное излучение электронного сгустка при его движении в воде. Авторы отмечают, что наложение этих звуковых волн приводит к интересным акустическим интерференционным эффектам, и планируют изучить их подробнее.

Следующим шагом после отработки методики должна стать проверка того, как «электронный щелчок» меняется при изменении энергии и количества электронов. Если однозначная зависимость между этими величинами будет доказана, то физики, работающие на нейтринных телескопах, получат в распоряжение новую, существенно более дешевую методику изучения нейтрино. Впрочем, следует помнить, что помочь она сможет лишь при регистрации нейтрино очень высокой энергии.

См. также:
1) Физика нейтрино — коллекция образовательных материалов.
2) Первое экспериментальное наблюдение эффекта Аскаряна — популярная заметка об обнаружении другого эффекта, предсказанного Гургеном Аскарьяном.

Игорь Иванов

Эта новость на «Элементах»
 

Предыдущие новости

31.10 У фитопланктона соотношение размера и численности то же, что и у млекопитающих

При изучении проб морского фитопланктона выяснилось, что чем больше размер клеток того или иного вида водорослей, тем ниже их численность. Причем это снижение численности пропорционально массе клетки в степени –0,75 — такое же соотношение ранее описано для наземных млекопитающих. Значит, «правило энергетической эквивалентности» действует и для фитопланктона.

30.10 Гидротермальные источники — колыбель жизни на Земле?

Немецкие химики показали, что в гидротермальных источниках при температуре свыше 80 градусов может происходить абиогенный синтез аминокислот и других органических веществ. Это открытие — важный аргумент в пользу гипотезы, согласно которой жизнь на Земле зародилась в горячих вулканических источниках.

30.10 Получены первые снимки кильватерных волн

Физики из Техасского и Мичиганского университетов разработали и испытали аппаратуру, которая позволяет фотографировать сверхбыстрые кильватерные волны, распространяющиеся в разреженной плазме.

27.10 Найден самый большой птичий череп

Американские палеонтологи нашли в Патагонии самый крупный птичий череп из всех известных науке. Череп длиной 716 мм принадлежал гигантской нелетающей хищной птице из семейства Phorusrhacidae, жившей 10–15 млн лет назад. Судя по костям конечностей, найденным вместе с черепом, гигантские фороракосы были быстрыми бегунами.

24.10 Лекарство от наследственных болезней будут выделять из паразитического жгутиконосца

Индийские ученые показали, что белковый комплекс RIC, выделенный из лейшманий, нормализует обмен веществ в клетках людей с тяжелыми наследственными заболеваниями, вызванными мутациями митохондриальных генов. RIC перекачивает из цитоплазмы в митохондрии продукты тех генов, которые в митохондриальном геноме испорчены, а в ядерном — нет.

24.10 Эффект Казимира не может приводить к расталкиванию симметричных тел

Способна ли сила Казимира сменить притяжение на отталкивание? Доказанная недавно теорема говорит, что нет, по крайней мере для симметричных тел. Результаты имеют самое прямое значение для микромеханики и нанотехнологий.

24.10 Содержание кислорода в атмосфере Земли менялось скачком

Заметное увеличение содержания свободного кислорода в атмосфере Земли 2,4 млрд лет назад, по-видимому, произошло в результате очень быстрого перехода от одного равновесного состояния к другому. Наличие подобной «бистабильности» позволяет понять, почему было так мало свободного кислорода в течение 300 млн лет после того, как его стали вырабатывать цианобактерии.

23.10 Обитатели земных недр не нуждаются в солнечном свете

Глубокая скважина, пробуренная южноафриканскими старателями, позволила ученым обнаружить подземное микробное сообщество, которое просуществовало в полной изоляции от остальной биосферы минимум 3 млн лет. Всё необходимое эти микробы получают из земных недр, и их жизнь совершенно не зависит от процессов, происходящих на поверхности.

23.10 Опубликованы результаты реалистичного моделирования глобального потепления в ближайшие два века

Впервые построена реалистичная модель эволюции глобального климата, с хорошей точностью описывающая наблюдательные данные за последний век. На основании нее предсказаны изменения климата в ближайшие два века.
В избранное