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 [[Бета-минус-распад|Шаблон:Math 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.

Геология

$\begin{array}{cccc}{\phantom{A}}_{\phantom{92}}^{\phantom{238}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}92}^{\phantom{2}238}\mathrm{U}& ⟶& {\phantom{A}}_{\phantom{82}}^{\phantom{206}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}82}^{\phantom{2}206}\mathrm{P}\mathrm{b}+8\alpha +6e^{-}+6{\overline{\nu }}_e& +51.698\mathrm{M}\mathrm{e}\mathrm{V}\\ {\phantom{A}}_{\phantom{92}}^{\phantom{235}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}92}^{\phantom{2}235}\mathrm{U}& ⟶& {\phantom{A}}_{\phantom{82}}^{\phantom{207}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}82}^{\phantom{2}207}\mathrm{P}\mathrm{b}+7\alpha +4e^{-}+4{\overline{\nu }}_e& +46.402\mathrm{M}\mathrm{e}\mathrm{V}\\ {\phantom{A}}_{\phantom{90}}^{\phantom{232}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}90}^{\phantom{2}232}\mathrm{T}\mathrm{h}& ⟶& {\phantom{A}}_{\phantom{82}}^{\phantom{208}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}82}^{\phantom{2}208}\mathrm{P}\mathrm{b}+6\alpha +4e^{-}+4{\overline{\nu }}_e& +42.652\mathrm{M}\mathrm{e}\mathrm{V}\\ {\phantom{A}}_{\phantom{19}}^{\phantom{40}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}19}^{\phantom{2}40}\mathrm{K}& \stackrel{\text{89.3}\mathrm{\%}}{\to }& {\phantom{A}}_{\phantom{20}}^{\phantom{40}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}20}^{\phantom{2}40}\mathrm{C}\mathrm{a}+e^{-}+{\overline{\nu }}_e& +1.311\mathrm{M}\mathrm{e}\mathrm{V}\\ {\phantom{A}}_{\phantom{19}}^{\phantom{40}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}19}^{\phantom{2}40}\mathrm{K}+e^{-}& \stackrel{\text{10.7}\mathrm{\%}}{\to }& {\phantom{A}}_{\phantom{18}}^{\phantom{40}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}18}^{\phantom{2}40}\mathrm{A}\mathrm{r}+{\nu }_e& +1.505\mathrm{M}\mathrm{e}\mathrm{V}\end{array}$

Земля излучает тепло в размере около 47 ТВт (тераватт),, 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.

Изучение геонейтрино

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 результаты

Существующие детекторы

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 детекторы

• Донный океанский Камланд-ОБК
• Юнона
• Цзиньпинский нейтринный эксперимент (сайт)-.
• Лена в Фрежюс, Франция.
• DUSEL в Хоумстейке в Южной Дакоте, США
• в Бно (Баксанской нейтринной обсерватории) в России
• Земля
• Hanohano .

Ссылки

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