5 Нейтринная астрофизика Л. А. Кузьмичев ниияф мгу



страница8/8
Дата04.05.2016
Размер0.6 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8

8. ПоИСК НЕЙТРИНО ОТ АННИГИЛЯЦИИ СЛАБОВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИХ ЧАСТИЦ


Существование темной материи во Вселенной обсуждается достаточно давно в связи с проблемой образования галактик и объяснения ряда других астрофизических явлений (галактические ротационные кривые, динамическая масса скоплений галактик) (Долгов и др., 1988). Теория нуклеосинтеза в ранней Вселенной (Olive et al., 2000) на основе экспериментальных данных об отношении плотности легких элементов (D, He, Li) к плотности водорода позволяет предсказать полную плотность барионов в современную эпоху. Существенное уточнение доли небарионной темной материи достигнуто в последнее время из анализа данных экспериментов Boomerang (Lange, 2001) и MAXIMA (Balbi et al., 2000), изучающих угловое распределение температуры реликтового излучения, и из изучения зависимости светимости сверхновых первого рода от красного смещения (Perlmutter et al., 1999). Полная плотность материи равна критической плотности (cr =3H/8G, H – постоянная Хаббла, G – гравитационная постоянная) с точностью порядка 20% в хорошем согласии с теорией инфляционной Вселенной. Барионы вносят порядка 0.02/h2 в полную плотность (h0.6 0.7, параметр h входит в оценку плотности из-за неопределенности в измерении постоянной Хаббла), примерно 25 - 30% плотности составляет небарионная темная материя, 60 - 65% - полной плотности приходится на энергию вакуума (космологический член).

Теория предоставляет большой выбор кандидатов на роль небарионной темной материи: аксионы, суперсимметричные частицы, космионы, магнитные монополи, странглеты и множество других (см. таблицу 9.1 книги Клабдора-Клайнгротхауса и Шмидта, 1997). Понятие WIMP (слабовзаимодействующие массивные частицы) используется для обозначения частиц с массой большей нескольких ГэВ, которые принимают участие только в слабом взаимодействии. Методы поиска WIMP делятся на прямые (при этом пытаются зарегистрировать ядро отдачи при взаимодействии WIMP с веществом детектора) и косвенные, основанные на регистрации продуктов взаимной аннигиляции WIMP, захваченных Землей или Солнцем. Задача нейтринных телескопов при этом состоит в обнаружении избыточного на фоне атмосферных нейтрино потока нейтрино из центральных областей Земли или от Солнца. Одним из наиболее популярных кандидатов на роль WIMP является легчайшая суперсимметричная частица (LSP). В минимальном суперсимметричном расширении Стандартной модели (MSSM) роль LSP играет нейтралино – собственное состояние с минимальной массой линейной комбинации фотино, зино и двух хиггсино (Mohapatra, 1986):


(8.1)

Масса нейтралино и коэффициенты aj определяются четырьмя параметрами: массой легчайшего s-скаляра Хиггса h0, двумя нефизическими массовыми параметрами M2 и и tan, равным отношению вакуумных ожиданий Хиггсовских бозонов v2/v1. Зная эти параметры, можно выполнить полный расчет скорости захвата нейтралино Землей или Солнцем и скорости аннигиляции, предполагая локальную плотность нейтралино в солнечной системе равную ожидаемой плотности темной материи (0.3 ГэВ/см3), рассчитать поток и энергетические спектры нейтрино и далее рассчитать ожидаемый поток мюонов от нейтрино (Bottino et al., 1995). Ожидаемый поток мюонов простирается в зависимости от параметров модели от 10-13 см-2 сек-1 до 10-17 см-2 сек-1 . Существующие пределы на поток мюонов от нейтрино из центра Земли или от Солнца находятся на уровне 10-14 см-2 сек-1 и позволяют ограничить допустимую область параметров модели. Ввод в строй нейтринного детектора объемом 1 км3 позволит понизить этот предел до уровня 10-16 см-2 сек-1 или зарегистрировать избыточный сигнал.


9. ЗАКЛЮЧЕНИЕ


Последние десять лет были очень плодотворны для нейтринной астрофизики. При исследовании атмосферных нейтрино сделано фундаментальное открытие – осцилляции нейтрино. Решена проблема солнечных нейтрино, причем решение оказалось связано с осцилляциями нейтрино в веществе – эффект Михеева, Смирнова, Волфенстейна. С учетом осцилляций нейтрино результаты всех экспериментов оказались в прекрасном согласии с потоками нейтрино, предсказанными Стандартной Солнечной моделью. Вошли в строй и дали первые физические результаты масштабные нейтринные телескопы в естественных средах - НТ200 на Байкале и АМАНДА на Южном полюсе.

Ближайшие десять лет будут не менее интересны. Количественное исследование осцилляций нейтрино будет проводится в экспериментах с "дальними" нейтрино от ускорителей. Для этих экспериментов создаются новые уникальные детекторы. Продолжится исследование солнечных нейтрино на существующих и вновь создаваемых установках. Существенный прогресс ожидается в области высоких энергий. Войдут в эксплуатацию нейтринные телескопы объемом 1 км3, и вероятно будут выделены первые космические нейтрино.

Автор приносит глубокую благодарность Г.В.Домогацкому, Ж-А.М,Джилкибаеву и К.Шпирингу за доброжелательную критику и полезные замечания, Н.В.Сокольской и Е.Е.Коростелевой за большую помощь в подготовке текста статьи.

10. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


1. Г.А.Аскарьян. Гидродинамическое излучение от треков ионизующих частиц в стабильных жидкостях. // Атомная энергия 3(1957) 152

2. Г.А.Аскарьян. Избыточный отрицательный заряд электрон-фотонного ливня и когерентное радиоизлучение от него. // ЖЭТФ 41(1961) 616

3. Дж.Бакал. Нейтринная астрофизика. Москва, Мир 1993

4. Березинский В.С. и др. Астрофизика космических луей, гл. 8 Москва, Наука, 1990

5. Волкова Л.В. Энергетические спектры и угловые распределения атмосферных нейтрино. //Ядерная физика 1980. Т. 31 С. 1510

6. А.Д.Долгов, Я.Б.Зельдович,М.В.Сажин Космология ранней Вселенной МГУ 1988

7. Г.В.Домогацкий. Возможности изучения частоты гравитационных коллапсов звезд во Вселенной с помощью регистрации изотропного потока электронных антинейтрино. // Астрономический журнал, 1984, Т.61 С. 51

8. Г.Клабдор-Клайнгротхаус, А.Шмидт . Неускорительная физика элементарных частиц

М.: Наука 1997 С. 391

9. Кузьмин В.А. О детектировании солнечных нейтрино при помощи реакции

Ga71( ,e-)Ge71 // ЖЭТФ, 1965 т. 49 с. 1532

10. В.С.Имшенник, Д.К.Надежин. Сверхновая 1987А в Большом Магелановом Облаке: наблюдения и теория. // УФН 1988 т.156 с.561

11. C.П.Михеев, А.Ю.Смирнов Резонансное усиление осцилляций в веществе и спектроскопия солнечных нейтрино. // Ядерная физика, 1985,т.42, с.1441

C.П.Михеев, А.Ю.Смирнов Резонансные осцилляции нейтрино в веществе. // УФН, 1987 т.153 с.3

12. Л.Б.Окунь. Лептоны и кварки, Москва, Наука 1990

13. Б.М.Понтекорво.Нейтринные эксперименты и проблема сохранения лептонного заряда. // ЖЭТФ, 1967 т. 53, с.1717

14. С.Шапиро, С.Тьюкальски. Черные дыры, белые карлики и нейтронные звезды. Москва, Мир, 1985

15. S.Aтdo et al. Detectability of the supernova relict neutrino and neutrino oscillation. // Astropart.Phys. 18 (2003) 307

16. Q.R.Ahmad et al (SNO Collaboration) The Sudbary Neutrino Observatory. // Nucl.Instrument and Meth. A449 (2000) 172

17. Q.R.Ahmad et al (SNO Collaboration) Direct evidence for neutrino flavor transformation from neutral current interaction in Sudbary Neutrino Observatory. // Phys.Rev.Lett. 89 ( 2002) 11301

18.S.N.Ahmed et al Measurement of the total active B-8 solar neutrino flux at the Sudbury Neutrino Observatory with enhanced neutral current sensitivity. nucl-ex/0309004

19.E.Andres et al(AMANDA Collaboration). The AMANDA neutrino telescope: Principle of operation and first results. //Astroparticle Physics 13(2000) 1–20.

20 T.Araki et al. (KamLand Collaboration) Experimental investigation of geologically produced antineutrinos with kamLAND. //Nature 436(2005) 499

21. J.Bahcall, M.Pinsonneault, S.Basu Solar models: Current epoch and time dependences, neutrinos and helioseismological properties. .// Astrophys.J. 555(2001) 990

22. A.Balbi et al. MAXIMA-1: A measuremnt of the cosmic microwave background anisotropy on angular scales of 10 arcminutes to 5 degrees. // Astrophysical J. Letters. 2000. V.545. P.1.

23. J.Beacom and M.Vagis GADZOOKS! Anti-neutrino spectroscopy with large water Cherenkov detectors. astro-ph/0309300, 2003

24. W.Bednarek et al. Galactic discrete sources of high energy neutrinos. astro-ph/0404534, 2004

25. I.A.Belolaptikov et al. (Baikal Collaboration) The Baikal underwater neutrino telescope: design, performance and first results. //Astroparticle Physics 7 (1997) 263-282

26. P.Bhattacharjee,C.T.Hill and D.N.Schramm.Grand unified theories, topological defects and ultrahigh-energy cosmic rays. // Phys.Rev.Lett. 69 (1992) 567

27. K.Mannheim.Neutrino at ultrahigh energies from component radio sources. // High energy neutrino astrophysics ( Honolulu, USA, 1992) P.86-93,

28. A.Bottino et al.Signals of neutralino dark matter from the Earth and Sun. // Astrop.Physics. 1995. V.3. P. 65

29. C.L.Cowan, F.Reines et al. Detection of the free neutrino: A Confirmation. // Science 124 (1956) 103

30. R.Davis et al. Search for neutrino from the sun. // Phys.Rev.Lett. 20 (1968) 1205

31. G.Domogatski et al. Neutrino geophysics at Baksan I: Possible detection of georeactor anti-neutrino. // hep-ph/0401221, 2004.

32. V.N.Gavrin et al. Measurement of the solar neutrino capture rate in SAGE. // Nucl.Phys. B(Proc.Suppl.) 118(2003) 39

33. G.Giagomelli and M.Sioli Astroparticle physics. hep-exe/0211035, 2002

34. Y.Fukuda et al (Super-Kamiokande Collaboration) Evidence for oscillation of atmospheric neutrinos. //Phys.Rev.Lett. 81 (1998) 1562-1567

35.S.Fukuda et al. Solar B-8 and hep neutrino measurements from 1258 days of Super-Kamiokande data. // Phys.Rev.Lett.86(2001)5651

36. C.Hagman A Relic Neutrino Detector. astro-ph/9902102, 1999

37. F.Halzen. Lectures on neutrino astronomy: Theory and experiment. astro-ph/9810368, 1998

38. W.Hampel et al. GALLEX solar neutrino observation: Results for GALEX IV. // Phys.Lett. B 447 (1999) 127

39. Herndon J.M. Feasibility of a nuclear fission reactor at the center of the earth as the energy source for geomagnetic field. // J.Geomagn. and .Geoelectr. 45 (1993) 423

Herndon J.M. Nuclear georeactor origin of oceanic basalt 3He/4He, evidence, and implication. // Proc.Nat.Acad.Sci USA 100 (2003) 3047

40. K.Hirata et al. Real time, directional measurement of B-8 solar neutrinos in the Kamiokande-II detector. // Phys.Rev. D44 (1991) 2241

41. V.S.Imshennik and O.G.Ryazhskaya. A Rotating Collpsar and Possible Interpretation of LSD Neutrino Signak from SN 1987A. // astro-ph/ 0401221, 2004

42. M.Kachelrie Status of particle physics solution to the UHECR puzzle. hep-ph/0406174 , 2004

43. Kolb E, Turner M, 1990, The Early Universe, (Reading, MA: Addison-Wesley)

44. Ch. Kraus et al. Most resent results of the Mainz Neutrino mass Experiment. // Nucl.Phys. B (Proc. Suppl.) 118 (2003) 482

45. A.E.Lange et al. Cosmological parameters from the first results. of BOOMERANG // Phys.Rev. 2001. V. D63 P. 042001.

46. J.Learned, K.Mannheim. High-energy neutrino astrophysics. // Ann.Rev.Nucl.Part.Sci. 50(2000) 679

47. J.Learned Alternative techniques for High Energy Neutrino Astronomy. //Nuclear Phys. B (Proc. Suppl.) 118 (2003) 405

48. A.Letessier-Selvon. Auger: A latge Air Shower Array and Neutrino Telescope. //Nuclear Phys. B (Proc. Suppl.) 118 (2003) 399

49. V.M.Lobashev et al. Direct search for mass of neutrino and anomaly in the tritium beta spectrum. // Phys.Lett B460(1999) 227

50. K.Mannheim. High-energy neutrinos from extragalactic jets. // Astropartical Phys, 1995 V.3 P. 295-302.

51. K.Mannheim, R.Protheroe, J.Rachen. On the cosmic ray bound for models of extragalactic neutrino production. // Phys. Rev. 2000 V.63D, P. 023003

52. Markov M.A. On high energy neutrino physics. //Proc. 1960 Annual Int.Conf on High Energy Physics., Rochester. 1960 P. 578

53. A.B.McDonald, C.Spiering. Astrophysical neutrino telescopes. astro-ph/0311343, 2003

54. R.McKeon, P.Vogel Neutrino masses and oscillations: Triumphs and challenges. hep-ph/ 0402025, 2004

55. Mohapatra R. New Contributions to Neutrinoless Double Beta Decay in Supersymmetric Theories.// Phys.Rev. 1986. D34, 3457

56.L.Nellen, K.Mannheim, P.Biermann Neutrino production through hadronic cascades in AGN accretion disks. // Phys. Rev. 1993 V.47D, P. 5270

57. K.A.Olive, G.Steigman, T.Walker Primordial nucleosynthesis: Theory and observation // Physics Reports. 2000. V. 333 P. 389.

58. A.Osipowicz et al. KATRIN: A Next generation tritium beta decay experiment with sub-eV sensitivity for the electron neutrino mss. Letter of intent. hep-ex/0109033, 2001

59. S.Perlmutter et al. Measurements of omega and lambda from 42 high redshift supernova. // Astrophysical J. 1999. V. 517 P.565

60. T.Piran. Gamma-ray bursts and the fireball model. // Phys.Reports. 1999. V. 314, P. 575 - 667.

61. R.Protheroe, P.Jonson. Propagation of ultrahigh-energy protons over cosmological distances and implications for topological defect models. // Astroparticle Phys. 1995. V.4. P. 253.

62. R.Protheroe. High-energy neutrinos from blazars. astro-ph/9607165, 1996

63. R.Protheroe. High-energy neutrino astrophysics. astro-ph/9809144, 1998

64. D.Saltzberg et al. Observation of the Askaryan effect: Coherent microwave Cherenkov emission from charge asymmetry in high-energy particle. hep-ex/0011001, 2000

65.G.Sigl. Particle and astrophysics aspects of ultrahigh-energy cosmic rays. astro-ph/0008364, 2000

66. D.Spergel et al. First year Wilkinson Anisotropy Probe(WMAP) observation: Detemination of cosmological parameters. Astrophys.J.Suppl. 2003. V.148, P.175, astro-ph/0302209

67. C.Spiering. The IceCube Project. astro-ph/0404090, 2004

68.F.W.Stecker et al. High-energy neutrinos from active galactic nuclei. // Phys.Rev. Lett. 1991. V.66, P.2697 -2700

69. F.Stecker and M.Salamon. High-energy neutrinos from quasars. // Space Sci.Rev. 1996. V.75. P.341. (astro-ph/9501064)

70. L.Sulak et al. Experimental Studies of the Acoustic Signature of Proton Beams Traversing Fluid Media. //NIM 1979. V.161, P.203

71. A.Szabo and R.Protheroe. High-energy neutrinos from active galactic nuclei. //High Energy Neutrino Astronomy, eds. V.Stenger et al (World Scientific, Singapore, 1992) P.24

72. E.Waxman and J.Bahcall. High-energy neutrinos from cosmological gamma-ray bursts. // Phys.Rev.Lett. 1997 V.78 P.2292-2295

73. E.Waxman and J.Bahcall. High-energy astrophysical neutrinos: The Upper bound is robust. // Phys.Rev. 1999. V. D59, P. 023002.

74. T.J.Weiler. Cosmic ray neutrino annihilation on relic neutrinos revised: A Mechanism for generation air showers above the Greisen-Zatsepin-Kuzmin cutoff. // Astropart.Phys. 1999. V.11, P. 303



75. L.Wolfenstein. Neutrino Oscillation in Matter. // Phys.Rev. D. 1978. V.17, P.2369
P.Biermann and K.Mannheim, 1992
61. R.Protheroe, P.Jonson. Propagation of ultrahigh-energy protons over cosmological distances and implications for topological defect models. // Astroparticle Phys. 1995. V.4. P. 253.


1   2   3   4   5   6   7   8


База данных защищена авторским правом ©bezogr.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница