सुपरनोवा 1987A से एक न्यूट्रिनो की पहेली

सुपरनोवा 1987A: प्रकोप के दौरान और उससे पहले

बहुत पहले नहीं, सुपरनोवा से न्यूट्रिनो के बारे में Bars21 द्वारा एक अच्छा लेख था। मुझे वास्तव में यह पसंद आया, और कुछ क्षणों (उदाहरण के लिए, उरका-प्रक्रिया के बारे में) ने इस तथ्य को जन्म दिया कि हम न केवल एक ही शिक्षक को पढ़ते हैं या सुनते हैं, लेकिन शायद हम एक-दूसरे को व्यक्तिगत रूप से जानते थे :)

इस लेख के पैराग्राफ में से एक (भविष्य में क्या कहा जाएगा इसकी बेहतर समझ के लिए, मैं इसे पुन: प्रस्तुत करने की सलाह देता हूं) सुपरनोवा 1987A से न्यूट्रिनो के पंजीकरण के लिए समर्पित था, और मैं इस पल को पूरक करना चाहूंगा। तथ्य यह है कि न्यूट्रिनो फटने का पता लगाने वाले डिटेक्टर 3 नहीं थे, बल्कि 4 थे, और फटने स्वयं थे 2. लेकिन यह व्यावहारिक रूप से अज्ञात है, यहां तक ​​कि विशेषज्ञों के लिए भी, आम जनता का उल्लेख करने के लिए नहीं। यह और भी अपमानजनक है कि रूसी (या सोवियत, जैसा आप चाहते हैं) वैज्ञानिकों ने इस खोज में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई (हालांकि, यह एक खोज है?)।

और ऐसा ही था।

मोंट ब्लांक के तहत फ्रांस और इटली के बीच सुरंग में 1984 में, सोवियत-इतालवी सहयोग की सेनाओं ने शिक्षाविद जियोर्जी टिमोफीविच ज़ेटसेपिन (उनके छात्र वादिम अलेक्सेविच कुज़मिन द्वारा मूल लेख में उल्लेख किया गया था, इस क्षेत्र में अग्रणी नहीं था)। तरल सिंटिलेशन डिटेक्टर (एलएसडी)।


संक्षिप्त नाम, अहम, किसी भी तुच्छ विचारों के लिए कई का नेतृत्व किया, लेकिन जब मैंने इस बारे में ट्यूरिन विश्वविद्यालय के प्रोफेसर पिएरो गेलोटी से पूछा, जिन्हें नाम के लेखकों के साथ श्रेय दिया गया था, तो उन्होंने किसी तरह मजाक उड़ाया।


डिटेक्टर सर्किट और मुख्य एंटीन्यूट्रिनो प्रतिक्रिया इसके संचालन को अंतर्निहित करती है (एक जो निर्माण के दौरान अपेक्षित थी)

डिटेक्टर में लोहे के कंटेनर में 1 * 1 * 1.5 मीटर मापने वाले 72 जगमगाहट काउंटर थे। एक स्किन्टिलेटर एक पदार्थ है, जो आमतौर पर पेट्रोलियम उत्पादों पर आधारित होता है (हमारे मामले में यह सफेद आत्मा था), जिसमें आवेशित कण प्रकाश की चमक पैदा करते हैं जो फोटोएलेक्ट्रोनिक मल्टीप्लायरों द्वारा कैप्चर किए जाते हैं। बाहरी रेडियोधर्मिता के खिलाफ एक ढाल के रूप में, स्थापना के सभी पक्षों पर लोहे की चादरें रखी गई थीं, जिससे कि लगभग 200 टन लोहे का उत्पादन 90 टन प्रति क्विंटलिटर तक किया गया। प्रारंभ में, स्थापना का मुख्य लक्ष्य सुपरनोवा से न्यूट्रिनो विकिरण की खोज करना था।

23 फरवरी, 1987 को 2:52 UTC (KII की तुलना में 5 घंटे पहले, BMB21 में IMB और BUSTs का उल्लेख किया गया) पर, LSD डिटेक्टर ने अपेक्षित संकेत दर्ज किए: 5 घटनाओं में 6-11 MeV की ऊर्जा रिलीज के साथ, न्यूट्रिनो अंतःक्रियाओं के समान , 7 सेकंड के लिए।




23 फरवरी, 1987 की सुबह में टीम ने जो प्रिंटआउट खोजा और यह टीम ही

7:36 UTC में, LSD, तीन अन्य डिटेक्टरों के साथ, 8–9 MeV की ऊर्जा रिलीज के साथ 2 और समान घटनाओं को दर्ज किया। एलएसडी में पहले संकेत के दौरान, दो गुरुत्वाकर्षण एंटेना रोम और मैरीलैंड (यूएसए) में चालू हो गए थे, जो पतले धागे पर बड़े पैमाने पर सिलेंडर निलंबित थे। वर्तमान LIGO या कन्या प्रतिष्ठानों जैसे राक्षस अभी तक निर्मित नहीं हुए हैं। और कमिओकंद II में, एक संकेत जिसमें दो घटनाओं को भी दर्ज किया गया था।


नई कालक्रम;)

लेकिन 2000 टन से अधिक पानी वाले विशाल डिटेक्टर को एक सक्रिय पदार्थ के 90 टन के साथ एक छोटी सी स्थापना में घटनाओं की संख्या कैसे खो सकती है - एक स्किनलेटर? और घटनाओं का दूसरा सेट कहां से आया? जो हुआ वह मानक स्टार पतन के सिद्धांत में इतना फिट नहीं हुआ कि एलएसडी द्वारा दर्ज सिग्नल को एक यादृच्छिक पृष्ठभूमि घटना (एक समान एक, हालांकि, स्थापना के पूरे ऑपरेशन के दौरान नहीं देखा गया था) द्वारा समझाया गया था, और इसके बारे में भूलना पसंद किया। संभवतः, सोवियत वैज्ञानिकों की पारंपरिक सुस्ती, जिन्होंने उस समय सब कुछ डबल-चेक करने की मांग की थी जब लोहे को फोर्ज करना आवश्यक था, जबकि यह गर्म था, भी प्रभावित हुआ।

यहां उन परिस्थितियों में थोड़ा सा परिसीमन करना आवश्यक है जिनके तहत मानक पतन मॉडल मान्य है। वास्तव में, यह एक "वैक्यूम में गोलाकार घोड़ा" है: एक स्टार को घूमना नहीं चाहिए, एक चुंबकीय क्षेत्र होना चाहिए, लेकिन गोलाकार सममित होना चाहिए। उन वर्षों में जब यह मॉडल विकसित किया गया था, अधिक जटिल सीमा स्थितियों के साथ विभेदक समीकरणों की प्रणाली, मुझे संदेह है, बस हल नहीं किया जा सकता है - यहां तक ​​कि संख्यात्मक रूप से भी। हालांकि, इस मॉडल में, कोई भी स्टार के शेल को डंप करने में सक्षम नहीं था, जिसे हम सुपरनोवा फ्लैश के रूप में देखेंगे।


शेष SN1987A की प्रसिद्ध खगोल भौतिकी छवि

लेकिन वास्तव में, तारे गोलाकार रूप से सममित नहीं होते हैं और, एक नियम के रूप में, वे घूमते हैं। सुपरनोवा 1987 ए के अवशेष के आधुनिक चित्र भी एक गोलाकार सममित चित्र की तरह नहीं हैं। तो यह मानने का हर कारण है कि प्रकृति में सुपरनोवा का प्रकोप कुछ और जटिल प्रक्रियाओं के कारण होता है। लेकिन कौन से?

1995 में, व्लादिमीर सर्गेयेविच इम्शेनिक ने दिमित्री कोन्स्टेंटिनोविच नादेज़िन की मदद से एक मॉडल विकसित करना समाप्त कर दिया, जिसे उन्होंने घूर्णन ढहाने का सिद्धांत कहा। इसका सार इस प्रकार है।

यदि तारे का लौह कोर (और हम जानते हैं कि तारे हीलियम से लोहे तक हाइड्रोजन परमाणु का उत्पादन करते हैं, तो भारी नाभिक का निर्माण ऊर्जावान रूप से नुकसानदेह होता है) गुरुत्वाकर्षण संपीड़न की दहलीज पर घूमता है, जो पूरे तारे के घूमने के "वंशानुक्रम" और टॉर्क के संरक्षण के नियम के कारण होता है। , तो गणना से यह इस प्रकार है कि इसके रोटेशन की अवधि एक सेकंड का हजारवां हिस्सा है। स्वाभाविक रूप से, कोर अक्षीय दिशा में चपटा होता है और अस्थिरता होती है। एक डम्बल एक चपटा डिस्क से उत्पन्न होता है, जो टुकड़ों में फाड़ा जाता है (सबसे सरल मामले में, दो में)। इस समय, मुख्य रूप से इलेक्ट्रॉन न्यूट्रिनो उत्सर्जित होते हैं (और मानक ढहने वाले मॉडल से निम्न प्रकार के न्यूट्रिनो नहीं होते हैं)।

द्विआधारी प्रणाली द्रव्यमान के एक सामान्य केंद्र के चारों ओर घूमना शुरू कर देती है, सक्रिय रूप से गुरुत्वाकर्षण तरंगों का उत्सर्जन करती है, जिसके कारण ऊर्जा और रोटेशन के क्षण दोनों को सिस्टम से दूर ले जाया जाता है। नाभिक के टुकड़े एक साथ आते हैं, जिससे कि बड़े पैमाने पर स्थानांतरण का क्षण आता है: हल्का घटक पदार्थ को भारी से डंप करना शुरू कर देता है, रोटेशन को जारी रखता है। जब प्रकाश घटक का द्रव्यमान सौर का लगभग 10% हो जाता है, तो यह अस्थिर हो जाता है और फट जाता है, और भारी एक ढह जाता है, संभवतः मानक परिदृश्य के अनुसार (यह क्षण व्यक्तिगत रूप से हमेशा पूरे मॉडल में मेरे लिए एक बड़ा खिंचाव जैसा लगता था)।

इस तथ्य के बावजूद कि दोनों परिदृश्यों में स्टार के कोर में पदार्थ का घनत्व - एक घूर्णन ढहने वाला और एक मानक एक - परमाणु के करीब है, दूसरे मामले में नाभिक के केंद्र में तापमान परिमाण के दो क्रम अधिक हैं। इस वजह से, न्यूट्रिनों बल्कि उच्च ऊर्जा - 100-200 मेव के साथ पैदा होते हैं, लेकिन इस घनत्व के मामले में भी न्युट्रीनो बार-बार बातचीत करेंगे। 10-20 मेव की ऊर्जा के साथ सभी प्रकार के न्यूट्रिनोस को बिखेरना और रेरेट करना सतह पर आता है। कम तापमान के कारण, घूर्णन ढहने वाले में, न्यूट्रिनो निर्माण की मुख्य प्रतिक्रिया प्रोटॉन में इलेक्ट्रॉनों की "धक्का" है:

ई ^- + पी → एन + ν _ई

इस मामले में न्यूट्रिनो ऊर्जा लगभग 30 - 40 MeV होगी, न्यूट्रिनो को ध्रुवीय दिशाओं के पास पार करने वाले पदार्थ की मात्रा बहुत कम होती है। इसी तरह के न्यूट्रिनो बिना किसी संपर्क के एक तारे की सतह तक पहुंच सकते हैं, जिससे 30–40 मेव की ऊर्जा बरकरार रह सकती है।

पहले प्रकोप के दौरान उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन न्यूट्रिनो का पता लगाने के लिए, न्यूक्लियर जैसे ड्यूटेरियम, कार्बन और भारी न्यूट्रॉन-समृद्ध तत्व जैसे लोहा, सीसा, और अन्य अच्छी तरह से अनुकूल हैं। पर्याप्त संख्या में ऐसे तत्व केवल एलएसडी में मौजूद थे (बीपीएसटी में लोहा भी शामिल था, लेकिन वहां यह अपेक्षाकृत छोटा था और इतने सफल कॉन्फ़िगरेशन में नहीं था)। इस प्रकार, यह सेटअप केवल एक ही निकला जो पहली फ़्लैश के दौरान मज़बूती से "देख" सकता है। पानी के फॉर्मूले में मौजूद ऑक्सीजन के साथ न्यूट्रिनों की परस्पर क्रिया भी कई घटनाओं को जन्म देती है (ऐसा किया था, लेकिन कमिओकेन्डे II टीम ने इसका विज्ञापन नहीं किया था), लेकिन लोहे की तुलना में बहुत कम, अगर हम प्रति यूनिट द्रव्यमान को गिनते हैं।

तथ्य यह है कि लोहे, कोबाल्ट और एक इलेक्ट्रॉन के साथ एक इलेक्ट्रॉन न्यूट्रिनो की बातचीत के परिणामस्वरूप बनता है।

ν _ई + ^५६ फीट → ई ^- + ^५६ सीओ ^*

कोबाल्ट -56 कोर (विशुद्ध रूप से परमाणु कारणों के कारण) हमेशा एक उत्साहित, मूल स्थिति में पैदा होता है। इस उत्तेजना को एक या अधिक गामा किरणों के उत्सर्जन द्वारा हटा दिया जाता है। और अगर लोहे में पैदा होने वाले इलेक्ट्रॉन इससे बाहर नहीं आ सकते हैं, तो तटस्थ गामा किरणें (1.7, 1.8, 4, या 7 मेव की विशेषता ऊर्जा के साथ) में अधिक मर्मज्ञ शक्ति होती है और लगभग निश्चित रूप से स्किनबिल्ल परत में गिर जाएगी।


एक एलएसडी जगमगाहट डिटेक्टर में लोहे के साथ न्यूट्रिनो की बातचीत की योजना।

Scintillator में ऊर्जा स्पेक्ट्रम का वर्णन सूत्र dE / E द्वारा लगभग 7 MeV के अतिरिक्त अधिकतम के साथ किया जाएगा। लोहे में इसके अवरोध के परिणामस्वरूप इलेक्ट्रॉन द्वारा उत्पन्न कोबाल्ट उत्तेजना और गामा किरणों को हटाने से गामा किरणों द्वारा इसमें मुख्य योगदान दिया जाएगा।

ऐसा लगता था कि सुपरनोवा 1987 ए की पहेली एक घूर्णन ढहने वाले मॉडल का उपयोग करके हल की गई थी। ओत्जे जोर्जिव्ना रियाज़स्काया, ज़ेटसेपिन के एक अन्य छात्र, जो वास्तव में सोवियत एलएसडी प्रयोग के लिए जिम्मेदार थे, ने इम्शेनिक के साथ कई सम्मेलनों में बात की, खोज की दुनिया को समझाने की कोशिश की (यह मुझे लगता है कि इस पैमाने ने नोबेल पुरस्कार खींच लिया)। हालांकि, वैज्ञानिक समुदाय के एलएसडी प्रयोग के लंबे समय से जारी परिणाम के प्रति अविश्वास इतना महान था (वास्तव में, "जैसा कि आप नौका का नाम देते हैं, यह तैर जाएगा"), और समय खो गया था (केवल 2000 के शुरुआती वर्षों में गणना के साथ प्रयोगात्मक डेटा की तुलना करना संभव था, 15 साल बाद प्रकोप के बाद), इसलिए इस स्पष्टीकरण को व्यापक मान्यता नहीं मिली। केवल रूस में ही कई और अधिक प्रतिस्पर्धी सिद्धांत विकसित हुए थे जो सुपरनोवा विस्फोटों के तंत्र और न्यूट्रिनो की पीढ़ी को समझाने का दावा करते थे। प्रायोगिक साक्ष्य के अभाव में, ये सभी सिद्धांत मॉडल बने हुए हैं या, यदि आप चाहें, तो परिकल्पना से अधिक कुछ नहीं है।

एकमात्र निष्कर्ष जो इस कहानी से निश्चित रूप से खींचा जा सकता है, ऐसे उपकरणों का निर्माण करने की आवश्यकता है जो प्रोटॉन के साथ इलेक्ट्रॉन एंटीन्यूट्रिनो की न केवल "सार्वभौमिक रूप से मान्यता प्राप्त" बातचीत को रिकॉर्ड कर सकते हैं, बल्कि सभी प्रकार के न्यूट्रिनो की बातचीत भी कर सकते हैं। इसके लिए, न केवल पानी का उपयोग करने वाले चेरेंकोव डिटेक्टरों, या विशुद्ध रूप से झालर की स्थापना की आवश्यकता होती है, लेकिन सेलुलर कॉन्फ़िगरेशन के लिए यह वांछनीय है - ऊर्जा को मापने की क्षमता के साथ न्यूट्रिनो कैलोमीटर के कुछ प्रकार - लोहे या सीसा के साथ भारी तत्वों का उपयोग करना।


LVD। खदान में जगह की कमी के लिए, वह हमेशा एक कोण से फोटो खिंचवाता था और केवल तभी जब उसके सामने कोई अन्य इंस्टॉलेशन नहीं था

इसी तरह की स्थापना एलएसडी प्रयोग की उत्तराधिकारी थी - एलवीडी डिटेक्टर (लार्ज वॉल्यूम डिटेक्टर), इटालियन एपिनेन्स में ग्रैन सैसो के बोरेक्सिनो भूमिगत प्रयोगशाला के बगल में हॉल में स्थित है। इसमें लगभग 1000 टन समान स्किनलेटर और लोड-असर मॉड्यूल के रूप में लोहे की समान मात्रा थी, जो हमारी आकाशगंगा के केंद्र में सुपरनोवा के प्रकोप की स्थिति में 1000 शुद्ध न्यूट्रिनो घटनाओं तक सफलतापूर्वक रिकॉर्ड कर सकता था। काश, यह घटना काफी दुर्लभ है, और अपने काम के वर्षों में (2001 में यह पूरी तरह से बनाया गया था, लेकिन कई साल पहले अवलोकन शुरू हुआ था) आज तक वह भाग्यशाली नहीं था। मैं पिछले तनाव में इसके बारे में लिखता हूं, क्योंकि, दुर्भाग्य से, अगले साल इसे विघटित करने की योजना बनाई जाएगी। शायद मानवता हमेशा के लिए ब्रह्मांड के रहस्यों में से एक को सुलझाने का अवसर याद करेगी।

लेकिन मैं अब भी सर्वश्रेष्ठ में विश्वास करता हूं।