Взаимодействие нейтрино с веществом

    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 ν (ℓ указывает тип нейтрино (e, μ или τ) с электронами е и нуклонами N ядер:

  • рассеяние нейтрино на электроне: e + ν → e' + ν',
  • рождение адронов в процессах с заряженными токами: ν + N → e + адроны,
  • +рождение адронов в процессах с нейтральными токами: ν + N → ν' + 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:

  1. Космические нейтрино,
  2. Нейтрино от естественных источников на Земле, возникающие в процессах бета-распада радионуклидов,
  3. 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.


ВведениеСодержаниеВзамодействие нейтронов с веществом

03.04.2014

На головную страницу

Рейтинг@Mail.ru