Нейтрино участвует лишь в слабых и гравитационных
взаимодействиях. Сечение взаимодействия нейтрино с веществом очень мало и в
зависимости от его энергии лежит в пределах от 10-34 до
10-43 см2. Поэтому пробег нейтрино низких энергий (порядка
1 МэВ) в твердой среде составляет
≈ 1013 км.
Можно выделить следующие реакции взаимодействия нейтрино νℓ
(ℓ указывает тип нейтрино (e, μ или τ) с электронами е
и нуклонами N ядер:
рассеяние нейтрино на электроне: e + νℓ
→ e' + ν'ℓ,
рождение адронов в процессах с заряженными токами: νℓ
+ N → e + адроны,
рождение адронов в процессах с нейтральными токами: νℓ
+ N → ν'ℓ
+ адроны.
Рис. 1. Сечение взаимодействия нейтрино с нуклонами вещества посредством
заряженных токов. Различные линии соответствуют различным моделям распределения
партонов (кварков и глюонов) в ядре
Сечение взаимодействия нейтрино с веществом растет с
увеличением энергии нейтрино (рис. 1). Для космических нейтрино сверхвысоких
энергий (до 1021 эВ) сечение взаимодействия может достигать величины
10-31 см2.
Источники нейтрино можно разделить на 3 группы:
Космические нейтрино,
Нейтрино от естественных источников на Земле, возникающие в процессах
бета-распада радионуклидов,
Нейтрино от искусственных источников. К ним относятся реакторные
антинейтрино и ускорительные нейтрино.
В свою очередь, имеется 4 основных источника космических
нейтрино.
Первый из них − это реликтовые (или космологические)
нейтрино, оставшиеся от Большого Взрыва. Согласно модели горячей Вселенной, в
настоящее время их абсолютная температура составляет около 2 K.
Вторым источником нейтрино служат ядерные реакции, идущие в недрах звезд, а
также взрывы сверхновых и звёздные гравитационные коллапсы. Энергии звёздных
нейтрино находятся в основном в диапазоне от 0 до нескольких десятков МэВ.
Третий тип космических нейтрино – это нейтрино, которые рождаются при
взаимодействии высокоэнергетических космических лучей (в основном протонов) с
ядрами атомов или реликтовыми фотонами, заполняющими космическое пространство. В
результате этих реакций образуются π- и K-мезоны, которые, распадаясь, рождают
нейтрино высоких энергий. Их энергетический диапазон простирается от нескольких
десятков ГэВ до, возможно, 1021 эВ и даже выше.
Четвертым источником космических нейтрино являются реакции, возникающие при
попадании в атмосферу Земли протонов космических лучей. В результате
столкновения протона с атомом воздуха (в частности атомом азота) рождается
заряженный пион, который распадается на мюон и мюонное нейтрино. Мюон в свою
очередь распадается на электрон, низкоэнергичное электронное антинейтрино и
высокоэнергичное мюонное нейтрино. Энергетический диапазон этих нейтрино
примерно такой же, как и звездных нейтрино.
Скорость захвата нейтрино зависит от реакции детектирования и от энергии
нейтрино. Поэтому методы детектирования нейтрино различны для нейтрино разных
типов и энергий. Для большинства нейтринных детекторов справедливо следующее:
1) каждый детектор приспособлен для детектирования одного типа нейтрино –
определенной энергии и от определенного источника;
2) детекторы находятся глубоко под Землей (≈ 1 км) или под водой для защиты от
естественного радиационного фона Земли, в том числе и от земных источников
нейтрино;
3) детекторы имеют большие размеры для набора достаточной статистики в виду
малого сечения взаимодействия нейтрино и, соответственно, малого числа
регистрируемых событий; их типичные значения заключены в интервале от нескольких
сотен до нескольких тысяч событий в год.
