Nötrinolar madde içinden etkileşmeden geçebiliyor. O halde nötrinolar nasıl tespit ediliyor. Dedektörler nasıl algılıyor?

Bir şeyi tespit edebilmeniz için, onun dedektörünüzle etkileşime girmesi gerekir. Işığın fotonları retinanızın çubuk ve koni hücreleri tarafından emildiği için görebilirsiniz; cam şeffaftır çünkü ışık fotonları cam tarafından emilmez. (Filmlerdeki Görünmez Adam kör olurdu: retinaları şeffaftır, bu yüzden fotonları emmezler.) Nötrinolar yalnızca çok zayıf bir şekilde etkileşime girer, bu yüzden tespit edilmeleri çok zordur: tipik bir güneş nötrinosunun etkileşime girdiğinden makul ölçüde emin olmak için, onu en azından bir ışık yılı kurşundan geçirmeniz gerekir.

Neyse ki, etkileşimler rastgeledir: tüm güneş nötrinolarınızı durdurmak için bir ışık yılı veya daha fazla kurşuna ihtiyacınız olabilir, ancak birkaç tanesi ilk inçte etkileşime girecektir. (Benzer şekilde, hayatınız boyunca satın aldığınız ilk Piyango biletinin büyük ikramiyeyi kazanması mümkün olabilir - ancak bu pek olası değildir .) Bu nedenle, yeterince büyük bir dedektörünüz ve yeterince yoğun bir nötrino demetiniz varsa, bunların yeterli sayıda tanesi etkileşime girerek deneyi yapmaya değer hale getirecektir, %99,999999999'u doğrudan geçse bile.

Nötrinolar iki şekilde etkileşirler:

Çarptıkları her şeyden (elektron veya atom çekirdeği) sekebilirler – nötrino, nötrino olarak kalır, ancak çarpan nesneye momentum ve enerji aktarır;

Yüklü bir leptona (bir elektron, müon veya tau veya nötrinonun türüne bağlı olarak bunların antiparçacıkları ) dönüşebilirler . Bu, yalnızca enerji ve momentumun değil, aynı zamanda elektrik yükünün de aktarılmasını gerektirir, çünkü nötrino elektriksel olarak nötrdür ancak dönüştüğü lepton nötr değildir.

İlk durumda, vurulan nesneyi tespit edebiliriz, genellikle hareket ettiği için, bazen de parçalandığı için. İkinci durumda, genellikle yüklü leptonu tespit ederiz, ancak bazen vurulan nesnenin yükündeki değişimi tespit ederiz. Hareket eden yüklü bir parçacığı tespit etmenin birçok yolu vardır: içinden geçtiği malzemeyi iyonize ederken onu takip edebiliriz veya > c/n hızında hareket ediyorsa yaydığı ışığı tespit edebiliriz, burada c vakumdaki ışık hızı ve n hareket ettiği (saydam) malzemenin kırılma indisidir . Bu ışığa Pavel Cherenkov'dan sonra Cherenkov radyasyonu denir .

İşte her tespit türüne ait birkaç örnek ve bunları kullanan deneylere bağlantılar:

Çarpılan nesnenin geri tepmesinin tespiti

Bu, güneş nötrinolarını tespit etmek için kullanılır: bir elektron nötrinoya çarpar, geri teper ve onun Çerenkov radyasyonu tarafından tespit edilir. Örnek: Süper-Kamiokande .

Çarpılan nesnenin parçalanmasıyla tespit

Bu, SNO deneyi tarafından kullanıldı . Çarpılan nesne, hidrojenin nadir ağır izotopu olan ve normal protona ek olarak bir nötron içeren döteryum çekirdeğiydi . Döteryum çekirdeği, bileşen proton ve nötrona ayrılır ve nötron, bir atom çekirdeği tarafından yakalandığında gözlemlenir (çekirdeğe bağlanırken kaybettiği enerji, daha sonra tespit edilen yüksek enerjili bir foton veya gama ışını olarak yayılır).

Üretilen yüklü leptonun tespiti

Tespit edilen yüklü lepton genellikle bir elektron, bir müon veya bunların antiparçacıklarıdır: tau'nun üretimi ilk etapta çok daha zordur çünkü daha kütlelidir ve çok kısa ömürlü olduğu için tespit edilmesi çok daha zordur. Yüklü parçacığı iyonlaşmasıyla izleyen bir deney örneği MINOS veya T2K yakın dedektör ND280'dir; yüklü parçacığı Cherenkov radyasyonuyla tespit eden bir dedektör örneği IceCube veya T2K uzak dedektör Super-Kamiokande'dir .

Çarpılan nesnedeki yük değişiminin tespiti

Bu tür deneyler son derece düşük enerjili nötrinoları tespit edebilir. Fikir, nötrinonun bir atom çekirdeğiyle etkileşime girmesi ve yükteki değişimin atomu farklı bir elementin radyoaktif atomuna dönüştürmesidir. Daha sonra farklı elementi kimyasal olarak çıkarırsınız ve radyoaktif bozunmalarını izleyerek yaptığınız atom sayısını sayarsınız. Yöntemin ciddi dezavantajları vardır - nötrinonun hangi yönden geldiğini, ne tür bir enerjiye sahip olduğunu veya etkileşimin tam olarak ne zaman gerçekleştiğini bilmiyorsunuz - ancak 1 MeV'den (1,6×10-13 J ) daha düşük enerjilere sahip nötrinoları tespit etmenin tek yoludur. Bu tekniğin bir örneği, Güneş'ten gelen nötrinoları tespit eden ilk dedektör olan Ray Davis tarafından kurulan Homestake deneyidir ; bu deneyde klor-37, radyoaktif argon-37'ye dönüştürülür^[1].