Борексино

Борекси́но (англ. Borexino) — массивный сверхнизкофоновый детектор нейтрино в подземной лаборатории Гран-Сассо (Италия). Предназначен для наблюдения сигналов, возникающих при взаимодействии электронов мишени детектора с нейтрино, которые рождаются в недрах Солнца в ходе термоядерных реакций синтеза при температуре 15 млн градусов. Детектор помещён глубоко под землёй для подавления влияния космического излучения.

Описание

Борексино ― это эксперимент физики элементарных частиц, нацеленный на изучение низкоэнергетических (~860 кэВ) солнечных нейтрино, рождающихся на Солнце в результате одной из реакций протон-протонного цикла:

[math]\displaystyle{ {}^7\textrm{Be} + e^{-} \rightarrow {}^7\textrm{Li} + \nu_{e}. }[/math]

Серые полосы показывают области чувствительности трёх детекторов солнечных нейтрино, способных измерять энергию событий. Предсказываемый спектр солнечных нейтрино показан в логарифмическом масштабе. СуперКамиоканде и SNO могут наблюдать лишь около 0,02% от общего количества солнечных нейтрино, в то время как Borexino может наблюдать все компоненты предсказываемого нейтринного спектра

Эксперимент позволяет глубже понять процессы, происходящие в ядре Солнца, а также помогает определить параметры нейтринных осцилляций. Проект также в состоянии обнаруживать нейтрино от сверхновых звезд в нашей Галактике. Сам детектор расположен в Национальной лаборатории Гран-Сассо (Laboratori Nazionali del Gran Sasso), находящейся в районе города Л'Аквила, Италия. В эксперименте принимают участие исследователи из Италии, США, Германии, Франции, России, Польши и Украины . Детектор начал измерения 16 мая 2007 г., а первые данные в рамках данного проекта были опубликованы 16 августа 2007 года. Эксперимент финансируется несколькими национальными учреждениями, в том числе INFN (Италия) и NSF (США).

Конструкция установки представляет собой стальной цилиндрический бак диаметром 18 м и высотой 16,9 м, в который помещена стальная сфера диаметром 13,7 м. Бак заполнен 2100 т сверхчистой воды, которая защищает детектор от собственной радиоактивности материалов внешних конструкций и природной радиоактивности окружающих горных пород. Благодаря этому слою воды детектор регистрирует также редкие космические мюоны, не поглотившиеся в более чем тысячеметровой толще скал, под которыми расположена лаборатория. Стальная сфера заполнена 1000 т сверхчистого псевдокумола — углеводородного соединения, используемого для защиты центральной части детектора. На внутренней поверхности стальной сферы установлены 2212 фотоэлектронных умножителей — чувствительных приборов, способных улавливать очень слабые вспышки света, которые происходят при взаимодействии нейтрино. В центральной части детектора находится прозрачный нейлоновый шар толщиной 125 мкм и радиусом 4,25 м. Он содержит 300 т сцинтиллирующей жидкости — мишени для нейтрино. Вода и углеводородные соединения, используемые в детекторе, очищены до рекордно низких уровней собственной радиоактивности.

Создана установка учёными и специалистами Венгрии, Германии, Италии, Польши, России, США и Франции.

С помощью детектора «Борексино» впервые удалось непосредственно наблюдать нейтрино с энергиями менее 1 МэВ, а именно в этой области энергий сосредоточено более 99 % потока нейтрино от Солнца. Ранее существовавшие технологии не позволяли отличать сигналы столь низких энергий от фонового излучения из-за природной радиоактивности окружающей среды.

Измерение потока нейтрино способствует изучению механизма работы Солнца.

Исследования с помощью установки «Борексино» открывают и другие возможности для экспериментальной нейтринной физики, например, регистрацию антинейтрино от удалённых ядерных реакторов Европы.

С российской стороны проект "Борексино" возглавляет руководитель отделения физики нейтрино Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» Михаил Скорохватов.

Устройство

Детектор представляет собой ряд концентрических слоёв защиты, в центре которых находится нейлоновая сфера диаметром 8,5 метров, наполненная 300 тоннами чрезвычайно низкофонового жидкого сцинтиллятора и просматриваемая 2200 фотоумножителями, установленными на сфере из нержавеющей стали, окружающей сцинтиллятор. Сцинтиллятор очищен от примесей урана и тория, которые могут создавать фон, до уровня 10⁻¹⁷ г/г. Стальная сфера окружена слоем сверхчистой воды для защиты от распадов урана и тория, находящихся в горной породе. Вода служит также черенковским детектором мюонов космических лучей.

Исследования

В 2011 году в рамках проекта были опубликованы точные измерения потока солнечных нейтрино от реакции захвата электрона бериллием-7.

В июне 2015 года были обнародованы данные шестилетнего наблюдения антинейтринного потока, испускаемого природными радионуклидами из рядов урана и тория в недрах Земли (так называемых геонейтрино).

С декабря 2007 г. по апрель 2019 г. было зарегистрировано 53 геонейтрино, из них 21 от мантии, что соответствует полному тепловыделению литосферы 38 ТВт.

Литература

• М. Д. Скорохватов, Е. А. Литвинович. Исследование солнечных нейтрино в эксперименте «Борексино» // Природа. — 2009. — Февраль (№ 2). — С. 77—78.
• М. Д. Скорохватов,. Солнечные нейтрино и международный проект "Борексино" // Природа. — 2009. — Май (№ 5). — С. 13—24.
• М. Д. Скорохватов. Нейтринная геофизика — первые шаги // Природа. — 2012. — Март (№ 3). — С. 13—17.

Ссылки

• Borexino official site
• Токменин В., Устройство и преимущества детектора Борексино / Физика нейтрино
• BOREXINO — ловец солнечных нейтрино
• Коллаборация Borexino рассказала о шестилетних наблюдениях нейтринного свечения Земли
• 7 октября 2021 года остановлен сбор данных в эксперименте Borexino