Как астрономы могут определить местонахождение источника нейтрино?

Вы правильно утверждаете, что нейтрино не слишком часто взаимодействуют. Физический параметр, описывающий это, является эффективным поперечным сечением . Так что в детекторе вы наблюдаете не сами нейтрино, а вторичные частицы, например мюоны . Говоря простым языком, вы можете рассматривать что-либо с высокой массой (плотностью) между источником нейтрино и вашим прибором (для обнаружения в основном вторичных частиц) в качестве детектора нейтрино. Это может быть большой кусок льда (как в эксперименте с кубиками льда ), горный массив (как в лаборатории Гран-Сассо).), или даже целой планеты, если падающие нейтрино исходят от звезды, находящейся на другой стороне Земли в момент наблюдения. Последнее возможно, поскольку нейтрино, например, от Солнца, могут пройти через всю планету, не взаимодействуя с ее веществом (в ночное время для ученых, работающих на детекторе).

Позвольте мне попытаться объяснить это с помощью рисунка, который я взял из записи в блоге Антарктической матрицы детекторов мюонов и нейтрино (AMANDA) в 2018 году . Красные точки — на поверхности льда, вертикальные линии — скважины в антарктическом ледяном щите, а маленькие черные точки — ФЭУ, фотоумножители, которые обнаруживают черенковский свет , генерируемый некоторыми быстрыми мюонами, на изображении вверху. синий конус. Показания ФЭУ (обнаружение черенковского света) отображаются в виде цветового кода, я предполагаю, что цветовая шкала каким-то образом связана со временем, прошедшим с момента запуска.

Итак, откуда мы теперь знаем, откуда взялись нейтрино? Мы можем использовать физику элементарных частиц , чтобы вывести скорость (вектор) вторичной частицы и откуда на самом деле пришло нейтрино. Это не тривиально и требует довольно большой мощности компьютера, но это возможно.

Мюонные нейтрино высоких энергий иногда взаимодействуют и производят мюон. При этом энергия и импульс должны сохраняться, и мюон движется в том же направлении, что и нейтрино.

Затем релятивистский мюон можно отслеживать с помощью сети детекторов, чувствительных к черенковскому излучению, возникающему, когда мюоны движутся во льду со скоростью, превышающей скорость света.

Трек мюона позволяет измерить его кинематику и, следовательно, восстановить место происхождения нейтрино. Потенциально это можно сделать с точностью до нескольких градусов.

В случае электронных нейтрино высоких энергий угловое разрешение меньше. Любые мюоны рождаются во вторичных взаимодействиях, и существует «каскад» заряженных лептонов, по которому можно восстановить примерное направление.