Телескоп во льдах. Как на Южном полюсе рождалась новая астрономия. Марк Боуэн
каскад193: короткая сигарообразная вспышка света, пропорциональная по своему объему энергии электронного нейтрино, создавшего ее, и указывающая в направлении, в котором двигалось это нейтрино.
Помимо того что длинный и прямой след мюона увидеть намного проще, чем каскад, представляется возможным более точно определить его направление. Соответственно, мы получаем более точное направление движения его родительской частицы – нейтрино. След мюона более полезен для целей астрономии, поскольку он позволяет лучше понять, от какого космического объекта летело нейтрино. Высокоэнергетические мюоны (порожденные высокоэнергетическими нейтрино) имеют и еще одно преимущество – перед своим распадом они могут пролететь несколько километров сквозь лед или камень. Именно это имели в виду Марков и Железных, говоря о «подушке»: «пудинговая» конструкция позволяет выявить мюон, даже если он зародился на большом расстоянии от сетки детектора. Помните, что мы ищем мюоны, направленные вверх, то есть те, что были созданы нейтрино где-то к северу от Южного полюса. IceCube может выявить мюон, рожденный во льду или на материковом грунте снизу или сбоку от устройства, поскольку рано или поздно путь мюона будет заметен внутри сетки приборов. Это увеличивает рабочий объем детектора и в целом делает данный тип инструмента более чувствительным именно к мюонным, а не электронным нейтрино.
Детектор нейтрино должен располагаться глубоко под землей (или под водой или льдом), поскольку эти среды экранируют детектор от падающих на Землю космических лучей. Первичные космические лучи, летящие к нашей планете и состоящие в основном из протонов и других заряженных ядер, сталкиваются с ядрами азота, кислорода и других элементов в верхних слоях атмосферы, создавая потоки направленных вниз пионов и других «вторичных» космических лучей. Те в свою очередь распадаются на другие частицы (например мюоны) или сами сталкиваются с атмосферой и создают так называемые воздушные потоки. Все это служит хорошим примером сходства между космическими ускорителями и их рукотворными аналогами.
Два направленных вверх мюонных нейтрино (νμ), выявленных марковским инструментом или «пудинговой» конструкцией. Нейтрино слева взаимодействует с нуклоном ниже инструмента, создавая мюон (μ), который проходит сквозь детектор вместе с конусом черенковского света. Нейтрино справа вступает во взаимодействие внутри детектора. Следы мюонов определяют направление соответствующих нейтрино.
Принцип, лежащий в основе работы всех ускорителей, предполагает использование мощных электромагнитных полей для ускорения пучков заряженных частиц до высоких энергий, после чего эти пучки сталкиваются с мишенями, или «поглотителями пучка». В случае рукотворного ускорителя это может быть слой углерода, а для космических лучей поглотителем выступает атмосфера Земли. Первичные космические лучи, протоны и ядра, получившие ускорение вследствие какого-то космического катаклизма,