Как можно использовать нейтрино в наших интересах?

Нейтрино – это легкие незаряженные частицы, которые считаются наиболее загадочными объектами в физике элементарных частиц. Ведущие ученые во всем мире вкладывают огромные средства в строительство экспериментальных установок для нейтринных экспериментов. Вопрос о том, принесут ли эти исследования полезные технологии и как они могут улучшить нашу жизнь, остается открытым.

Фундаментальные исследования, такие как изучение нейтрино, не дают мгновенных результатов, но могут привести к неожиданным открытиям. Открытия могут быть использованы для создания новых технологий, например, ядерных электростанций и бомб. В случае с нейтрино, мы не знаем, что может быть открыто в процессе их изучения, но они сами являются ценным инструментом познания окружающего мира.

Нейтрино слабо взаимодействуют с веществом, что делает их проникающими. Они могут проникнуть через массивные объекты, такие как звезды и планеты, неся информацию о процессах, происходящих внутри них. Например, нейтрино позволяют изучать термоядерные реакции в солнечном ядре, скрытые от прямых наблюдений. Мы также можем определить химический состав недр Земли по потокам нейтрино от бета-радиоактивных изотопов.

Нейтрино также позволяют исследовать космические процессы, такие как вспышки сверхновых. Взрывы сверхновых ярче в нейтринном диапазоне, чем в оптическом, и мы можем регистрировать вспышки, которые не видны в оптическом диапазоне.

Нейтринная связь может заменить обычные телекоммуникационные кабели и спутники связи, позволяя общаться с абонентами, которые не могут принимать радиосигналы, например, подводными лодками или космическими кораблями.

Для создания нейтринных пучков используют установки по генерации мионных нейтрино, обстреливая мишени из графита протонами, ускоренными до около световых скоростей. Кинетическая энергия частиц конденсируется в виде положительно и отрицательно заряженных частиц – пионов и каонов.

Частицы распадаются на нейтрино и мюоны, которые двигаются в том же направлении. Пучок нейтрино становится более концентрированным при увеличении скорости частиц. Мюоны можно задержать твердым веществом, оставив нейтрино.

Некоторые ученые считают, что мюоны могут быть полезны для создания более концентрированных пучков нейтрино. Мюоны распадаются на электрон и два нейтрино. Они могут быть ускорены до около световых скоростей в ускорителях заряженных частиц, давая при распаде концентрированные пучки нейтрино высокой энергии.

В 2012 году исследователи впервые использовали нейтринную связь для передачи короткого сообщения через скалу с помощью детектора Минерва весом 170 тонн. Однако чувствительность детектора все еще недостаточна для эффективной нейтринной связи.

Нейтринные детекторы еще предстоит пройти долгий путь, прежде чем они станут полезными.