Геонейтрино

Геонейтрино — это нейтрино или антинейтрино, испускаемые при распаде радионуклидов внутри Земли. Нейтрино — легчайшие из известных субатомных частиц, у них отсутствуют измеримые электромагнитные свойства и они взаимодействуют только посредством слабого ядерного взаимодействия. Одной из главных задач новой области физики, нейтринной геофизики, является извлечение геологически полезной информации (например, численности отдельных геонейтрино-производящих элементов и их пространственное распределение в земных недрах).

Большинство геонейтрино — это электронные антинейтрино, появляющиеся в канале $\text{[math]}$ β⁻ распада элементов Калия-40, Тория-232 и Урана-238. Вместе эти цепочки распада создают более 99 % современного уровня радиогенного теплового излучения изнутри Земли. В 2016 году геонейтрино наблюдались на двух нейтринных обсерваториях — в Камланде и Борексино. Предложено несколько проектов телескопов, которые смогут использоваться для обнаружения геонейтрино.

ГеологияПравить

^[1]	$\text{[math]}$ $\text{[math]}$ ${\begin{array}{rclr}{\ce {^{238}_{92}U}}&{\ce {->}}&{\ce {^{206}_{82}Pb}}+8\alpha +6e^{-}+6{\bar {\nu }}_{e}&+\ 51.698\,{\ce {MeV}}\\{\ce {^{235}_{92}U}}&{\ce {->}}&{\ce {^{207}_{82}Pb}}+7\alpha +4e^{-}+4{\bar {\nu }}_{e}&+\ 46.402\,{\ce {MeV}}\\{\ce {^{232}_{90}Th}}&{\ce {->}}&{\ce {^{208}_{82}Pb}}+6\alpha +4e^{-}+4{\bar {\nu }}_{e}&+\ 42.652\,{\ce {MeV}}\\{\ce {^{40}_{19}K}}&{\ce {->[{89.3\,\%}]}}&{\ce {^{40}_{20}Ca}}+e^{-}+{\bar {\nu }}_{e}&+\ 1.311\,{\ce {MeV}}\\{\ce {^{40}_{19}K}}+e^{-}&{\ce {->[{10.7\,\%}]}}&{\ce {^{40}_{18}Ar}}+\nu _{e}&+\ 1.505\,{\ce {MeV}}\end{array}}$

Земля излучает тепло в размере около 47 ТВт (тераватт),^[2], что составляет менее 0,1 % от мощности поступающей солнечной энергии. Часть этого тепла приходится на тепло, выделяющееся при распаде радиоактивных изотопов в недрах Земли. Существуют различные оценки этой энергии : от ~10 ТВт до ~30 ТВт.^[3]

Изучение геонейтриноПравить

Предсказания сигнала Геонейтрино на поверхности Земли в земных единицах нейтрино (ТНУ).

Радиогенное тепло от распада ²³²-тория (фиолетовая линия) является наибольшим внутренним источником тепла Земли. Другими крупными поставщиками энергии являются ²³⁵U (красная линия), ²³⁸U (зеленая линия) и ⁴⁰K (желтая линия.

Детекторы и результатыПравить

Существующие детекторыПравить

Камланд представляет собой 1,0 килотонный детектор, расположенный в нейтринной обсерватории в Японии. Впервые геонейтрино были обнаружены в 2005 году. Общее число наблюдавшихся антинейтрино составило 152.

Борексино — это 0.3 килотонный детектор в лаборатори Nazionali-дель-Гран-Сассо рядом с Л’Акуилой, Италия. В 2010 году в базе данных, собранных на протяжении 537 дней, были зафиксированы 15 событий-кандидатов.

Запланированные и предложенные детекторыПравить

Донный океанский Камланд-ОБК
Юнона
Цзиньпинский нейтринный эксперимент (сайт)-.^[4]
Лена в Фрежюс, Франция.^[5]
DUSEL в Хоумстейке в Южной Дакоте, США^[6]
в Бно (Баксанской нейтринной обсерватории) в России^[7]
Земля
Hanohano .

ПримечанияПравить

↑ Dye, S. T. Geoneutrinos and the radioactive power of the Earth (англ.) // Rev. Geophys. (англ.) (рус. : journal. — 2012. — Vol. 50, no. 3. — P. RG3007. — doi:10.1029/2012RG000400. — Bibcode: 2012RvGeo..50.3007D. — arXiv:1111.6099.
↑ Davies, J. H. Earth's surface heat flux (неопр.) // Solid Earth. — 2010. — Т. 1, № 1. — С. 5—24. — doi:10.5194/se-1-5-2010.
↑ Learned, J. G.; Dye, S. T.; Pakvasa, S. Hanohano: A Deep Ocean Anti-Neutrino Detector for Unique Neutrino Physics and Geophysics Studies // Proceedings of the Twelfth International Workshop on Neutrino Telescopes, Venice, March 2007 (англ.). — 2008.
↑ Beacom, John F. Letter of Intent: Jinping Neutrino Experiment (неопр.) // Chinese Physics C (англ.) (рус.. — 2016. — 4 February (т. 41, № 2). — doi:10.1088/1674-1137/41/2/023002. — Bibcode: 2017ChPhC..41b3002B. — arXiv:1602.01733.
↑ Wurm, M. The next-generation liquid-scintillator neutrino observatory LENA (англ.) // Astroparticle Physics (англ.) (рус. : journal. — 2012. — Vol. 35, no. 11. — P. 685—732. — doi:10.1016/j.astropartphys.2012.02.011. — Bibcode: 2012APh....35..685W. — arXiv:1104.5620.
↑ Tolich, N. A Geoneutrino Experiment at Homestake (англ.) // Earth, Moon, and Planets (англ.) (рус. : journal. — 2006. — Vol. 99, no. 1. — P. 229—240. — doi:10.1007/s11038-006-9112-8. — Bibcode: 2006EM&P...99..229T. — arXiv:physics/0607230.
↑ Barabanov, I. R.; Novikova, G. Ya.; Sinev, V. V. & Yanovich, E. A. (2009), Research of the natural neutrino fluxes by use of large volume scintillation detector at Baksan, arΧiv:0908.1466 [hep-ph].

СсылкиПравить

Geoneutrinos.org, интерактивный сайт, который позволяет просматривать геонейтринные спектры.

[dye12-1] Dye, S. T. Geoneutrinos and the radioactive power of the Earth (англ.) // Rev. Geophys. (англ.) (рус. : journal. — 2012. — Vol. 50, no. 3. — P. RG3007. — doi:10.1029/2012RG000400. — Bibcode: 2012RvGeo..50.3007D. — arXiv:1111.6099.

[davies10-2] Davies, J. H. Earth's surface heat flux (неопр.) // Solid Earth. — 2010. — Т. 1, № 1. — С. 5—24. — doi:10.5194/se-1-5-2010.

[hanohano08-3] Learned, J. G.; Dye, S. T.; Pakvasa, S. Hanohano: A Deep Ocean Anti-Neutrino Detector for Unique Neutrino Physics and Geophysics Studies // Proceedings of the Twelfth International Workshop on Neutrino Telescopes, Venice, March 2007 (англ.). — 2008.

[4] Beacom, John F. Letter of Intent: Jinping Neutrino Experiment (неопр.) // Chinese Physics C (англ.) (рус.. — 2016. — 4 February (т. 41, № 2). — doi:10.1088/1674-1137/41/2/023002. — Bibcode: 2017ChPhC..41b3002B. — arXiv:1602.01733.

[wurm12-5] Wurm, M. The next-generation liquid-scintillator neutrino observatory LENA (англ.) // Astroparticle Physics (англ.) (рус. : journal. — 2012. — Vol. 35, no. 11. — P. 685—732. — doi:10.1016/j.astropartphys.2012.02.011. — Bibcode: 2012APh....35..685W. — arXiv:1104.5620.

[tolich06-6] Tolich, N. A Geoneutrino Experiment at Homestake (англ.) // Earth, Moon, and Planets (англ.) (рус. : journal. — 2006. — Vol. 99, no. 1. — P. 229—240. — doi:10.1007/s11038-006-9112-8. — Bibcode: 2006EM&P...99..229T. — arXiv:physics/0607230.

[barabanov09-7] Barabanov, I. R.; Novikova, G. Ya.; Sinev, V. V. & Yanovich, E. A. (2009), Research of the natural neutrino fluxes by use of large volume scintillation detector at Baksan, arΧiv:0908.1466 [hep-ph].

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]