Нейтринная астрономия

Нейтринные наблюдения являются одним из направлений многоканальной астрономии, в которой данные о нейтрино сопоставляют с наблюдениями электромагнитного излучения, космических лучей и гравитационных волн.

Нейтрино высоких энергий могут возникать при взаимодействии ускоренных протонов и ядер с веществом или излучением, в частности в результате распада пи-мезонов^[1].

Идею регистрации нейтрино в больших объёмах воды и льда предложил физик Моисей Марков^[2].

Существует несколько методов обнаружения нейтрино в основе которых лежит слабое взаимодействие через нейтральный слабый ток (обмен Z⁰-бозоном) или заряженный слабый ток (обмен W⁺, W⁻ бозонами). В частности, применяются сцинтилляторные детекторы (обнаружение обратного бета-распада протонов воды в результате воздействия электронного антинейтрино; эксперименты KamLAND, Borexino), радиохимические методы (захват ядром электронного нейтрино и обнаружение трансмутации элементов: хлора-37 в аргон-37^[3], Homestake Mine^[4][5]; галлия-71 в германий-71^[3], SAGE (англ.), GALLEX, GNO ^[6][5]; молибдена-98 в технеций-98, Henderson^[6]), черенковские детекторы (обнаруживают черенковское излучение от частиц, движущихся быстрее скорости света в среде: рассеяние электронных нейтрино на электронах, KAMIOKANDE и SUPERKAMIOKANDE^[5]; поиск мюонов, образующихся при взаимодействии с мюонным нейтрино, ANTARES, NESTOR, BDUNT; также SNO, AMANDA, IceCube), радиодетекторы, калориметры (Soudan2, Frejus).

К установленным внеземным источникам нейтрино относится сверхновая SN 1987A^[7]. С высокоэнергетическими астрофизическими нейтрино также связывают блазары^[7]. Телескопы IceCube и Baikal-GVD зарегистрировали нейтрино, которые связывают с одной и той же галактикой — радиоблазаром^[8].

В 2013 году обсерватория IceCube обнаружила диффузный поток нейтрино астрофизического происхождения высоких энергий; позднее наблюдение такого потока было подтверждено телескопом Baikal-GVD^[9].

К 2026 году Baikal-GVD включал 16 кластеров^[10]; активный объём установки составлял около 0,8 км³^[11].

6 октября 2026 года лауреатом Нобелевской премии по физике был объявлен Френсис Хальцен — за решающий вклад в создание обсерватории IceCube и открытие нейтрино высоких энергий астрофизического происхождения^[12][13].

В России, в районе Эльбруса, расположена нейтринная обсерватория Института ядерных исследований РАН; другая обсерватория института располагалась в соляных шахтах Бахмута (Артемсоль; Украина)^[14]. Баксанский нейтринный телескоп расположен под склоном горы на высоте 1700 м над уровнем моря и на расстоянии 550 м от начала штольни. Телескоп представляет собой четырёхэтажное здание размером 16х16х11 м и состоит из четырёх вертикальных и четырёх горизонтальных плоскостей, покрытых сцинтилляционными детекторами. Здесь же проводился эксперимент SAGE^[15].

Артемовский сцинтилляционный детектор (АСД) располагался в соляной шахте г. Соледар на глубине более 100 м. Он был создан в отделе лептонов высоких энергий и нейтринной астрофизики ИЯИ АН СССР в 1969 году для изучения антинейтринных потоков от коллапсирующих звезд в Галактике, а также спектра и взаимодействий мюонов космических лучей с энергиями до 10^13 эВ. Особенностью детектора является 100-тонный сцинтилляционный бак, имеющий размеры порядка длины электромагнитного ливня с начальной энергией 100 ГэВ. В декабре 2020 года детектор был закрыт^[16].