აქამდე განვიხილავდით სამყაროს შესახებ ელექტრომაგნიტური ტალღების საშუალებით მოპოვებულ ინფორმაციას. საინტერესოა, რა ინფორმაციის მოწოდება შეუძლია კორპუსკულურ გამოსხივებას, ისეთს, როგორიცაა კოსმოსური სხივები? ჩვენ უკვე აღვნიშნეთ, რომ კოსმოსურ სხივებს უწოდებენ დედაიწაზე კოსმოსიდან დაცემული ნაწილაკების, მაგალითად, ატომების ბირთვებისა თუ პროტონების ნაკადს. დაწვრილებით მათ შესახებ იხილეთ ("კოსმოსური სხივების ასტრონომია"). გალაქტიკური და გალაქტიკათშორისი მაგნიტური ველები ამრუდებე კოსმოსური სხივების ტრაექტორიებს, ამიტომ ისინი არ მიუთითებენ მათი გამომსხივებელი წყაროს მდებარეობაზე. უფრო სრული კვლევებისთვის საჭიროა ისეთი ნაწილაკების რეგისტრაცია, რომელიც ძალიან სუსტად ურთიერთქმედებენ კოსმოსურ სივრცეში არსებულ ელქტრომაგნიტურ ველებთან და მატერიასთან (აირი, მტვერი და ა.შ.) ასეთი ნაწილაკის მაგალითია ნეიტრინო - დაუმუხტავი, თითქმის უმასო ნაწილაკი, რომელზეც არ მოქმედებს ბირთვული და ელექტრომაგნიტური ველები.

რელიქტური ნეიტრინო

      სამყაროში არსებულ ნაწილაკთა უმრავლესობას ნეიტრინოები შეადგენს. ისინი დიდი რაოდენობით გაჩნდნენ დიდი აფეთქების დროს, ხოლო უკვე ორი წამის შემდეგ, სამყაროს გაფართოების გამო, მათ შეწყვიტეს სხვა მატერიასთან ურთიერთქმედება. შედეგად უნდა შექმნილიყო მიკროტალღური რელიქტური ფონის ანალოგიური ნეიტრინული რელიქტური ფონი, რომლის ტემპერატურა ამჟამად უნდა იყოს 1.7 k.

      სამყაროში ზემცირე ენერგიის ნეიტრინო მატერიის ყველაზე გავრცელებული ფორმაა. გალაქტიკებში მათი საშუალო სიმკვრივე უნდა შეადგენდეს 107-108 ნაწილაკს კუბურ სანტიმეტრში, ხოლო ციური სხეულების გრავიტაციულ ველებში მათი კონცენტრაცია უფრო მაღალიც კი უნდა იყოს. რელიქტური ფონის ზემცირე ენერგიის ნეიტრინო მატერიასთან ბევრად უფრო ეფექტურად ურთიერთმოქმედებს, ვიდრე "ბირთვული" ენერგიების ნეიტრინო. ეს დაკავშირებულია იმასთან, რომ კვანტური მექანიკის პრინციპების თანახმად, რაიმე ნაწილაკის ურთიერთქმედების არის ზომა მათი დე-ბროილის ტალღის სიგრძის რიგისაა. ზემცირე ენერგიის ნეიტრინოებისთვის კი ეს ზომა რამდენიმე მილიმეტრს აღწევს. ნივთიერებაში ასეთი ნაწილაკის ურთიერთქმედების არეში ატომების უამრავი რაოდენობა მოხვდება და მიუხედავად ინდივიდუალური ურთიერთქმედებების ალბათობის სიმცირისა, მათი რაოდენობა მაინც დიდია. აღვნიშნოთ, რომ "ბირთვული" ნეიტრინოების დე-ბროილის ტალღის სიგრძე ბევრად ნაკლებია ატომის ზომებზე, ამიტომ მათ მხოლოდ ერთ ელექტრონთან ან ბირთვთან შეუძლია ურთიერთქმედება.

      საინტერესო იქნებოდა რელიქტური ნეიტრინოების დამზერა, მაგრამ ჯერ იდეაც კი არ არსებობს, თუ როგორ შეიძლება ამის განხორციელება. სირთულე იმაში მდგომარეობს, რომ რელიქტური ნეიტრინოს ენერგია ძალზე მცირეა. ასეთი ნეიტრინოს ურთიერთქმედების სიგნალი იმდენად სუსტია, რომ ამჟამად არსებულ დეტექტორებს არ ძალუძთ მისი დაფიქსირება.

ვარსკვლავიერი ნეიტრინო

      ვარსკვლავების წიაღში მიმდინარე პროცესების კვლევა მათი ელექტრომაგნიტური გამოსხივების საშუალებით შეუძლებელია, რადგან ვარსკვლავის გარე ფენები მთლიანად შთანთქავს ამ გამოსხივებას. მეორეს მხრივ, ვარსკვლავების ცენტრში მიმდინარე ბირთვული რეაქციებისას დაბადებული ნეიტრინოები შეუფერხებლად ტოვებენ ვარსკვლავთა სიღრმეებს.

      რელიქტურ ნეიტრინოებთან შედარებით, ვარსკვლავთა თერმობირთვული წვის შედეგად დაბადებულ ნეიტრინოთა დამზერა უფრო რეალურია. მზე საკმარისად მაღალი ენერგიების მქონე ნეიტრინოებს იმდენად დიდი რაოდენობით ასხივებს, რომ ექსპერიმენტული დანადგარის ნივთიერებასთან მათი ურთიერთქმედების ძალზე უმნიშვნელო ალბათობის მიუხედავად, ხერხდება სანდო სტატისტიკური მასალის დაგროვება.

      დაახლოებით 30 წლის წინ პირველად იქნა გაზომილი მზიდან დედამიწამდე მოღწეული ნეიტრინოების ნაკადი. ეს ნაკადი მზის სტანდარტული მოდელის მიხედვით მოსალოდნელზე რამდენჯერმე ნაკლები აღმოჩნდა. ამჟამად ნეიტრინოების ნაკადს ხუთ ლაბორატორიაში აკვირდებიან. მიღებული შედეგები ადასტურებს ნეიტრინოების დეფიციტს. ამ დეფიციტს ხსნიან ნეიტრინოების ოსცილაციებით, რომლებსაც ეს ნაწილაკები განიცდიან მზიდან დედამიწამდე სრბოლისას.

      მცირე ექსკურსი ფიზიკაში: ნაკადის ოსცილაცია – ეს არის რაიმე გამოსხივების ინტენსივობის, ჩვენ შემთხვევაში მზიდან დედამიწამდე მოღწეული ნეიტრინოების ნაკადის, პერიოდული ცვლილება. ნეიტრინოებისთვის ეს მოვლენა დაკავშირებულია ბუნებაში მათი სამი სახეობის არსებობასთან. ფიზიკურ რეაქციებში ნეიტრინოები ყოველთვის იბადებიან წყვილში ელექტრონებთან, მიუონებთან ან ტაუ-ნაწილაკებთან. სწორედ ამ ნაწილაკების სახელებს ატარებს ნეიტრინოს სახეობები. თუ სხვადასხვა ტიპის ნეიტრინოებს არანულოვანი, თუნდაც ძალზე მცირე, მასები გააჩნიათ, მათ შეუძლიათ ერთმანეთში გარდაქმნა. ეს კვანტური ეფექტია, რომელიც განსაზღვრავს ნეიტრინოების ოსცილაციებს. მზეში მიმდინარე ბირთული სინთეზის რეაქციებში იბადება მხოლოდ ელექტრონული ნეიტრინოები. გზად მზიდან დედამიწისკენ მათი ნაწილი მიუონურ ან ტაუ-ნეიტრინოდ გარდაიქმნება, რაც ამცირებს ელექტრონული ნეიტრინოს ნაკადის ინტენსივობას. ექსპერიმენტულად კი მხოლოდ ელექტრონული ნეიტრინო ფიქსირდება და ამიტომ დაკვირვებულ ნაკადში ჩნდება ნეიტრინოს დეფიციტი.

      მზის ნეიტრინული ნაკადების გაზომვები საფუძვლად დაედო ნეიტრინულ ასტრონომიას. მიღებულმა შედეგებმა დაადასტურა ვარსკვლავთა წვის და ევოლუციის ბირთვული ბუნება. აღსანიშნავია, რომ მზიდან ჩვენამდე მოღწეული ნეიტრინოების ნაკადი ბევრად აღემატება სხვა ვარსკვლავებიდან მოღწეულ ნეიტრინულ ნაკადებს, ამიტომ ჩვეულებრივი ვარსკვლავების შესწავლა ნეიტრინული ასტრონომიის საშუალებით ამჟამად შეუძლებელია.

ზეახალი ვარსკვლავები და ნეიტრინო

      ნეიტრინული ასტრონომიის შესწავლის კიდევ ერთი საგანია ვარსკვლავების ზეახალებად აფეთქების დროს წარმოშობილი ნეიტრინოები.

      1989 წლის 23 თებერვალს, გრინვიჩის დროით 07:35:41, ღრმა მაღაროებში განთავსებულმა ორმა ნეიტრინულმა დეტექტორმა (IMB აშშ-ში და Kamiokande იაპონიაში) 13 წამის განმავლობაში დააფიქსირა 19 ნეიტრინო. ნეიტრინოების რეგისტრაციის ალბათობა იმდენად მცირეა, რომ აღნიშნული რიცხვი შეესაბამება დეტექტორში 10 ხარისხად 15 ნეიტრინოს გავლას. 2.5 საათის შემდეგ კი ასტრონომები სამხრეთ ნახევარსფეროში დააკვირდნენ ზეახალი ვარსკვლავის აფეთქებას, რომელიც შეუიარაღებელი თვალითაც კი კარგად ჩანდა. მსგავსი უცაბედი ანთება ჯერ კიდევ ძველ ჩინელ ასტრონომებს ჰქონდათ შენიშნული. 400 წლის წინათ კი ასეთივე მოვლენას იოჰან კეპლერი აკვირდებოდა. ზეახალი ვარსკვლავის აფეთქებისას იბადება დაახლოებით 10 ხარისხად 58 ნეიტრინო ჯამური ენერგიით 3×10 ხარისხად 53 ერგი. ეს მრავალ ათასჯერ აჭარბებს მთელი თავისი არსებობის მანძილზე მზის მიერ გამოსხივებულ ენერგიას.

      მიაქციეთ ყურადღება, რომ 1989 წლის 23 თებერვალს ნეიტრინოები დაფიქსირდა დედამიწის ჩრდილოეთ ნახევარსფეროში განთავსებული დეტექტორებით, მაშინ, როდესაც ზეახლის აფეთქება დამზერილი იყო სამხრეთ ნახევარსფეროს ცაზე. აქ არაფერია გასაკვირი, ვინაიდან ნეიტრინული დეტექტორები აფიქსირებენ დედამიწის წიაღის გავლით, ამ შემთხვევაში, სამხრეთიდან ჩრდილოეთისკენ მიმართულ ნეიტრინოებს. თუ რატომ მოქმედებენ ასეთი პრინციპით ნეიტრინული დეტექტორები, იხილეთ ("ნეიტრინოს რეგისტრაცია").

      გარდა ამისა, აფეთქება დამზერილი იყო ნეიტრინოების დაფიქსირებიდან 2.5 საათის შემდეგ. ეს დაკავშირებულია იმასთან, რომ აფეთქებისას ამოფრქვეული ყველა დანარჩენი ნაწილაკი, ფოტონების ჩათვლით, შემდგომში ურთიერთმოქმედებდა აფეთქებისას წარმოშობილი მატერიის ღრუბელთან. ითვლება, რომ სწორედ ამ ურთიერთქმედებამ შეაყოვნა ფოტონები და სხვა ნაწილაკები, რომლებიც ნეიტრინოებს "ჩამორჩნენ".

      ზეახალი ვარსკვლავების ნეიტრინულ ასტრონომიას შეუძლია მოგვაწოდოს მნიშვნელოვანი ინფორმაცია ვარსკვლავთა კოლაფსის და შემდგომ მათი ნეიტრონულ ვარსკვლავებად გარდაქმნის შესახებ. არსებულ ნეიტრინულ დეტექტორებს (Kamiokande – იაპონია, SNO – კანადა, LVD და MACRO – იტალია, BNO – რუსეთი) უნარი შესწევთ დააფიქსირონ ზეახალი ვარსკვლავების აფეთქებისას წარმოქმნილი ნეიტრინოები. ამ დეტექტორებზე და ნეიტრინული ასტრონომიის შესაძლებლობებზე, 1012-1014 ევ ენერგიების ფარგლებში, იხილეთ ("კოსმოსური სხივების ასტრონომია").