Ученые представили новые результаты измерения геонейтрино

Ученые коллаборации Borexino, работающие на детекторе нейтрино в Италии, опубликовали в журнале Physical Review D отчет об обнаружении 53 геонейтрино — трудноуловимых нейтральных частиц, происходящих из глубин Земли.

Подземный детектор элементарных частиц Borexino, действующий в Национальной лаборатории Гран-Сассо (Laboratori Nazionali del Gran Sasso) возле итальянского города Л'Аквила, является одним из двух детекторов в мире, способных наблюдать частицы геонейтрино, порождаемые процессами распада ядер радиоактивных элементов в недрах Земли.

Эти неуловимые "частицы-призраки" не взаимодействуют с веществом, что затрудняет их обнаружение. Тем не менее, каждую секунду около миллиона нейтрино пронизывают каждый квадратный сантиметр поверхности нашей планеты.

"Геонейтрино являются единственными прямыми следами радиоактивного распада, происходящего внутри Земли, вклад которого в общую энергию, управляющую всей динамикой нашей планеты, пока еще неизвестен", — приводятся в пресс-релизе коллаборации слова Ливии Лудховой (Livia Ludhova), одного из двух научных координаторов эксперимента Borexino и руководителя группы нейтрино в Институте ядерной физики (IKP) Объединения имени Гельмгольца (Германия).

Исследователи используют детектор Borexinoдля сбора данных о нейтрино с 2007 года. К 2019 году, благодаря техническому обновлению, им удалось зарегистрировать в два раза больше событий, чем на момент последнего анализа в 2015 году, и снизить неопределенность измерений с 27 до 18 процентов, что также связано с новыми методами анализа.

Новые результаты точнее указывают на происхождение наблюдаемого потока геонейтрино, показывая, что примерно половина обнаруженных частиц происходят из мантии Земли, а остальные — из коры.

Интенсивное магнитное поле, непрерывная вулканическая активность, движение тектонических плит и мантийная конвекция: условия внутри Земли во многих отношениях уникальны во всей Солнечной системе. Ученые уже более 200 лет обсуждают вопрос о том, откуда происходит внутреннее тепло Земли.

Есть мнение, что более половины внутреннего тепла генерируют процессы радиоактивного распада внутри Земли, в то время как другая половина связана с процессами остывания мантии.

Новые данные измерения потоков нейтрино, получаемых из глубин планеты, помогут уточнить модели строения Земли и процессов, проистекающих в ее недрах.

Общая схема эксперимента. Геонейтрино из недр Земли измеряются спектрометрическим детектором Borexino, после чего формируются энергетические спектры, изображенные в нижнем левом углу рисунка. Ось X показывает заряд (количество фотоэлектронов) сигнала, который является мерой энергии, накопленной в детекторе, а ось Y показывает количество измеренных событий

В создание детектора Borexino и получения экспериментальных данных на нем большой вклад внесли российские ученые из НИИЯФ МГУ, НИЦ "Курчатовский институт" и ОИЯИ.

"Серьезным вызовом для физиков на сегодня остается более точное измерение потока геонейтрино от мантии. Для этого, вероятно, будут использоваться несколько детекторов, расположенных в разных точках Земли, — приводятся в пресс-релизе МГУ слова одного из российских авторов исследования, старшего научного сотрудника НИИЯФ МГУ Александра Чепурнова. — Есть проект создания геонейтринного детектора в России, в Баксанской нейтринной обсерватории. Другим проектом является детектор JUNO, в настоящее время сооружаемый в Китае, который будет в 70 раз больше Борексино по массе, что позволит достичь большей точности измерений за более короткие сроки".

В публикации представлены не только новые результаты, но и детали проведенного эксперимента, представляющие ценную информацию для ученых, которые будут работать на жидко-сцинтилляционных детекторах нового поколения, нацеленных на измерение потоков геонейтрино.