6497089004

I OBSERVATIONAL g NEUTRINO * ASTROPHYSICS

Pioneering meosuremenrs of the solor neutrino flux ond derolled observorlons of the neutrino bursr from SN1987o and of solar boroa-S neufrinos have signoled the birth of observorionol neutrino ostrophyslcs.

Moso-Toshi Koshibo

Rys. 1. Kopia z miesięcznika Physics Today, Dec. 1987

^1 Tabela 1. Leptony
Nazwa	Rok odkrycia	Symbol	Ładunek elektr. (e)	Czas życia (s)	Masa (eV / cm^2)
■% § Elektron ^ o	1897	e*	-1	trwały	5,11 x 10*
o c - Neutrino co ^03 elektronowe OJ	1956	^Ve	0	trwałe	-0.1?
•§. ro Mion	1936		-1	2.2 x 10-«	1.06 x 10^8
O c o Neutrino G) p O ^t mionowe	1962		0	trwałe
•§» ® Tau (tauon) i? ^	1977	r“	-1	2.9 x 10-^13	1,78 x 10^9
<D C c o Neutrino tau ® (0 O — taonowe 1	2000	^Vr	0	trwałe
Szóstka leptonów. Wraz z antycząstkami jest ich 12. Każdej cząstce odpowiada antycząstka mająca taką samą masę i czas życia, ale odwrotny znak wszystkich liczb kwantowych (jak np. ładunek elektryczny). Dane z ostatnich dwóch kolumn odnoszą się więc również i do antycząstek; ich symbole to: e* (pozyton), //*, r\ zaś antyneutrin Pe, p ,Pf. W fizyce jądrowej energię E wyraża się w elektronowoltach, 1 eV = 1,602 x 10"^19dżuli. A skoro E = mc^2, to masy wyrażane są w jednostkach eV/c^2 (często pisze się tu tylko eV)

stancją zbiornik; bywa otoczony tysiącami fotopowielaczy. Właściwszą nazwą jest tu detektor neutrin. Przyzwyczailiśmy się, że teleskopy znajdują się tam, skąd widać niebo i ciała niebieskie. A tymczasem detektory neutrin umieszczane są pod powierzchnią Ziemi czy też w lodzie. (Taka lokalizacja jest konieczna, by zredukować do minimum wpływ promieniowania kosmicznego).

Przykłady;

Najpotężniejszy z dotychczasowych detektorów neutrin — Superka-miokande — znajduje się w kopalni cynku w Japonii, 1 km pod powierzchnią Ziemi. Jest to zbiornik w kształcie walca o wysokości i średnicy około 40 m (pojemność, powiedzmy, katedry). Zawiera on 32 tys. ton wody, plus 18 tys. ton jako osłona przed zakłóceniami. Zjawiska rejestruje tu 11200 fotopowielaczy.

Najnowszy Sudbury Neutrino Observatory — detektor, który najbardziej przysłużył się do rozwikłania problemu neutrin słonecznych — mieści się w kopalni niklu w Kanadzie na głębokości 2 km. Zaś w tunelu pod Alpami pracuje Gallex. Natomiast będący jeszcze w stadium próbnym Amanda (Antarctic Muon and Neutrino Detector Array) to już Antarktyda i zupełnie inny typ detektora. Aparatura rozmieszczana jest tam w lodzie, na głębokości od 1500 do 2000 m. Przewiduje się rozbudowę tego urządzenia do rozmiarów 1 km³. Wreszcie w planie jest też budowa podwodnego detektora o powierzchni 1 km².

Do tematyki obserwacyjnej powrócimy w punktach 3 i 4, tymczasem trochę fizyki i astrofizyki.

/. Leptony

Do cząstek prawdziwie elementarnych, tj. nie mających struktury wewnętrznej, zaliczamy dziś leptony i kwarki, jak też bozony pośredniczące w oddziaływaniach. Nas interesują tu tylko leptony¹, gdyż do tej właśnie grupy należą neutrina.

Dane o leptonach w tab. 1.

Jak widać, wymieniona tam szóstka cząstek składa się z trzech, wyraźnie odróżniających się par. W skład każdej z nich wchodzi cząstka naładowana oraz jej „partner”, tj. odpowiadające jej neutrino. Pary te nazywamy generacjami². Są to; generacja elektronowa, mionowa i taonowa. Występują między nimi wyraźne różnice w masach oraz czasie życia.

Znamy zatem trzy rodzaje neutrin: elektronowe, mionowe i taonowe. Jak wskazują na to najnowsze badania, występuje tu tzw. zjawisko oscylacji, to jest przechodzenie neutrin jednej generacji w neutrina innej generacji. Będzie ó tym mowa w punkcie 4.

2. Gwiazdy źródłem neutrin

Najwięcej neutrin dociera do nas ze Słońca. Cząstki te to uboczny produkt zachodzących w jego wnętrzu przemian jądrowych. Ale podówczas, kiedy kiełkowała koncepcja ich istnienia, nie było to tak oczywiste; mechanizm świecenia Słońca i gwiazd stanowił jeszcze duży znak zapytania. Dopiero dekadę później, w roku 1939, amerykański fizyk niemieckiego pochodzenia, Hans Bethe, przedstawił pierwszą

¹    Słowo lepton pochodzi z języka greckiego, \tnxoo = drobny.

²    Używany jest też termin „zapach”, co oznacza, że dana generacja wyróżnia się właściwością, nazywaną zapachem.

2/2003 UKANIA - POSTĘPY ASTRONOMII 53