Neutrinový detektor

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání
První pozorování neutrina v bublinkové komoře, 13. listopadu 1970. Neutrino se srazilo s protonem v jádru vodíku. Srážka nastala v pravé části snímku v místě, odkud vychází tři stopy částic.

Neutrinový detektor je zařízení umožňující zachycení neutrina a jeho detekci.

Detekce neutrin je vzhledem k jejich velké netečnosti k normální hmotě obtížná. K detekci lze využít tři procesy – interakci neutrin s nukleony, pružný rozptyl neutrina na elektronu nebo jádru a interakce vysokoenergetických neutrin s protony za vzniku mionů μ.

Interakce neutrin s nukleony[editovat | editovat zdroj]

Jedná se v podstatě o obrácení procesu beta rozpadu. Elektronové neutrino νe interaguje s neutronem a proběhne reakce:

 {{\nu}_e  + n^0} \rightarrow  {p^+ + e^-}

Nebo elektronové neutrino {\nu}_e interaguje s protonem a pak proběhne reakce:

 {{\nu}_e  + p^+} \rightarrow  {n^0 + e^-}

Interakce neutrin s protony využili v roce 1956 F. Reines a C. Coward z laboratoří v Los Alamos k první úspěšné detekci neutrin.[1]

Pro detekci neutrin pomocí interakce s protonem je třeba zvolit takové jádro, kde přeměna neutronu na proton vede ke vzniku radioaktivního jádra. Interakce neutrina se pak prozradí radioaktivním zářením, které lze snadno detekovat. V praxi se nejdříve využívalo jader chlóru 37Cl (např. v neutrinovém detektoru v Jižní Dakotě), které se interakcí změnilo na radioaktivní argon 37Ar, nyní se používá gallium 71Ga, které se zachycením neutrina přemění na radioaktivní germanium 71Ge.

Pružný rozptyl neutrina na elektronu[editovat | editovat zdroj]

Rychle letící neutrino n se srazí s elektronem e- nebo jádrem atomu, odrazí se od něj jako neutrino s nižší energií, přičemž předá elektronu část své energie. Odražený elektron se pohybuje většinou ve směru původního neutrina n a může být zaregistrován (např. při vysílání Čerenkovového záření).

Na principu rozptylu neutrina na elektronu je založen Neutrinový detektor Kamioka nebo Sudbury Neutrino Observatory.

Interakce vysokoenergetických neutrin s protony za vzniku mionů[editovat | editovat zdroj]

Při této detekci se využívá jako detekční prostředí led nebo voda. Při nárazu vysokoenergetického neutrina na proton (vodíkové jádro) vznikne mion μ o vysoké energii, který se prozradí čerenkovovým zářením, které vzniká podél jeho dráhy pohybu ledem nebo vodou.

Na tomto principu pracuje projekt AMANDA, IceCube nebo BAJKAL.

Důležité neutrinové detektory[editovat | editovat zdroj]

Neutrinové detektory
Experiment Citlivost Typ detektoru Detekční látka Proces detekce Reakce Prahová energie neutrin Odkazy
BOREXINO,
Gran Sasso, Itálie
nízkoenergetické sluneční \nu_e scintilační H2O + PC+PPO
PC=C6H3(CH3)3
PPO=C15H11NO]
pružný rozptyl
\nu_x + e\nu_x + e 250–665 keV [1]
CLEAN nízkoenergetické sluneční \nu_e,
a\nu_e ze supernov a pulsarů
scintilační tekutý neon
pružný rozptyl
\nu_x + e\nu_x + e
\nu_e + 20Ne → \nu_e + 20Ne
??? [2]
GALLEX,
Gran Sasso, Itálie
sluneční \nu_e radiochemický GaCl3 (30 t Ga)
tok nabitých částic
\nu_e+71Ga → 71Ge+e 233,2 keV [3]
GNO,
Gran Sasso, Itálie
nízkoenergetické sluneční \nu_e radiochemický GaCl3 (30 t Ga)
tok nabitých částic
\nu_e71Ga → 71Ge+e 233,2 keV [4]
Double Chooz, Chooz neutrina z jaderného reaktoru scintilační organický Gd-Komplex tok nabitých částic
(interakce neutrin s nukleony)
\overline{\nu}_e+ p+→n + e+ 1.8 MeV [5]
HERON hlavně nízkoenergetické
sluneční \nu_e
scintilační supratekuté helium
tok neutrálních částic
\nu_e + e\nu_e + e 1 MeV [6]
Homestake–Chlorine,
opuštěný důl Homestake, Jižní Dakota, USA
sluneční \nu_e radiochemický C2Cl4 (615 t)
tok nabitých částic
37Cl+\nu_e37Ar*+e
37Ar*37Cl + e+ + \nu_e
814 keV [7]
Homestake–Iodine,
opuštěný důl Homestake, Jižní Dakota, USA
sluneční \nu_e radiochemický NaI
pružný rozptyl,
tok nabitých částic
\nu_e + e\nu_e + e
\nu_e + 127I → 127Xe + e
789 keV [8]
ICARUS,
Gran Sasso, Itálie
sluneční a neutrina procházející atmosférou,
a také \nu_e, \nu_\mu, \nu_\tau, jejímž zdrojem je CERN
detektor Čerenkovova záření tekutý argon
pružný rozptyl
\nu_e + e\nu_e + e 5,9 MeV [9]
Neutrinový detektor Kamiokande,
Kamioka, Japonsko
sluneční a neutrina procházející atmosférou, \nu_e detektor Čerenkovova záření H2O
pružný rozptyl
\nu_e + e\nu_e + e 7,5 MeV [10]
Super Kamiokande,
Kamioka, Japan
sluneční a neutrina procházející atmosférou, \nu_e, \nu_\mu, \nu_\tau
a také\nu_e, \nu_\mu, \nu_\tau, jejímž zdrojem je KEK
detektor Čerenkovova záření H2O
pružný rozptyl,
tok nabitých částic
\nu_e + e\nu_e + e
\nu_e + no → e + p+
\nu_e + p+ → e+ + no
??? [11]
LENS,
Gran Sasso, Itálie
nízkoenergetické sluneční \nu_e scintilační In(MVA)x
tok nabitých částic
\nu_e + 115In → 115Sn+e+2γ 120 keV [12]
MOON,
Washington, USA
nízkoenergetické sluneční \nu_e a
nízkoenergetické ze supernov \nu_e
scintilační 100Mo (1 t) + MoF6 (plynný)
tok nabitých částic
\nu_e+100Mo → 100Tc+e 168 keV [13]
OPERA,
Gran Sasso, Itálie
\nu_e, \nu_\mu, \nu_\tau jejímž zdrojem je CERN hybridní 2.000 t Pb/emulsní + mionový spektrometr
tok nabitých částic
\nu_\tau + N → \tau +X 4,5 GeV [14]
Baksan neutrino observatory,
Baksan, Rusko
nízkoenergetické sluneční \nu_e radiochemický GaCl3
tok nabitých částic
\nu_e+71Ga → 71Ge+e 233,2 keV [15]
Neutrinový detektor SNO,
důl Sudbury, Kanada
sluneční a neutrina procházející atmosférou \nu_e, \nu_\mu, \nu_\tau detektor Čerenkovova záření 1000 t D2O
tok nabitých částic,
tok neutrálních částic,
pružný rozptyl
\nu_e + 21D →p++p++e
\nu_x + 21D → \nu_x+no+p+
\nu_e + e\nu_e + e
6,75 MeV [16]
UNO,
důl Henderson, USA
sluneční, neutrina procházející atmosférou a z jaderného reaktoru \nu_e, \nu_\mu, \nu_\tau detektor Čerenkovova záření 440.000 t H2O
pružný rozptyl
\nu_e + e\nu_e + e ??? [17]
AMANDA,
Antarktida
neutrina procházející atmosférou a
kosmické \nu_e, \nu_\mu, \nu_\tau,
eventuálně další
detektor Čerenkovova záření 1 km³ H2O (vodní led)
tok nabitých částic
\nu_x + N → x + X
hlavně interakce s protony za vzniku mionů
>200 GeV,
 ??
[18]
IceCube,
Jižní pól
neutrina procházející atmosférou a
kosmické \nu_e, \nu_\mu, \nu_\tau,
eventuálně další
detektor Čerenkovova záření 1 km³ H2O (vodní led)
tok nabitých částic
\nu_x + N → x + X
hlavně interakce s protony za vzniku mionů
>200 GeV,
přibližně 10 GeV
[19]
BAJKAL,
jezero Bajkal, Rusko
kosmické \nu_\mu detektor Čerenkovova záření H2O
tok nabitých částic
\nu_\mu + N → \mu- + X
\overline{\nu}_\mu + N → \mu+ + X
miony
?? [20]
ANTARES,
Středozemní moře, Francie
kosmické \nu_\mu detektor Čerenkovova záření H2O
tok nabitých částic
\nu_\mu + N → \mu- + X
\overline{\nu}_\mu + N → \mu+ + X
miony
> 10 GeV [21]
KM3NeT,
Středozemní moře
kosmické \nu_\mu detektor Čerenkovova záření H2O
tok nabitých částic
\nu_\mu + N → \mu- + X
\overline{\nu}_\mu + N → \mu+ + X
miony
[22]

Externí odkazy[editovat | editovat zdroj]

(česky)

(anglicky)

Reference[editovat | editovat zdroj]

  1. Neutrinová observatoř v Antarktidě