Что ж, наступило то время, когда изучая потоки нейтрино, мы можем изучать внутренности
небесных тел. См., например, наши новости про то, как использовать Луну в качестве нейтринного детектора, как изучать строение Земли, просвечивая ее нейтринным пучком или используя для этого нейтрино от сверхновых,
как выяснить устройство земного ядра посредством детектирования нейтрино, испущеных
в распаде радиактивных элементов. Теперь вот добрались и до Солнца.
В статье [1] посказывается, как физика нейтрино помогает выяснить
величину флуктуаций плотности внутри Солнца. То есть, благодаря новому методу можно попытаться "услышать" внутреннюю дрожь нашего светила!
Задача эта далеко не праздная:
ведь когда мы смотрим на Солнце, мы видим лишь его поверхность. Все то,
что сокрыто в пучинах Солнца, мы вынуждены восстанавливать по тем
"солнцетрясениям", которые видны на поверхности. Поэтому прямой метод
прослушивания внутренностей Солнца просто незаменим!
Чем же нам могут помочь нейтрино? Во-первых, источник нейтрино -- это самый центр
Солнца. То есть, нейтринный пучок "просвечивает" насквозь буквально все слои Солнца.
Во-вторых, уже доказано, что мы хорошо понимаем процесс рождения и распространения
нейтрино в Солнце.
В-третьих и в самых главных --
поток нейтрино может почувствовать вариации плотности вещества.
Каким образом?
Благодаря нейтринным осцилляциям! Дело в том, что нейтрино, распространяясь,
осциллируют из одного типа в другой, и период этих осцилляций зависит от плотности вещества, через которое они летят. И оказывается, что если флуктуации
плотности велики, то спектр солнечных нейтрино сильно изменится.
Авторы работы [1] проанализировали этот эффект. На Рисунке показан их основной результат. Здесь по оси x отложена величина beta -- относительная величина флуктуаций плотности, а по оси y -- величина хи-квадрат, описывающая, насколько правдоподобно то или иное предположение. Горизонтальными линиями показаны те границы, которые отвечают разногласиям между теорий и экспериментом в 1, 2, 3 стандартных отклонения. Обычно считается, что теоретическая гипотеза, приводящая к расхождению с данными более, чем на 3 стандартных отклонения, не соответствует данным.
Красная линия отвечает данным, полученным только из наблюдений солнечных нейтрино, без привлечения каких-то иных источников информации. Видно, что эти данные свидетельствуют в пользу того, что "дрожь" в Солнце если и есть, то очень небольшая. Однако ограничения на величину флуктуаций можно улучшить, если учесть новые данные с KamLAND, в которых установлены параметры нейтринных осцилляций. Этому отвечает фиолетовая, пунктирная кривая на рисунке. Она достигает 3 сигм уже при beta = 0.07. Это с вероятностью 99% означает, что флуктуации плотности слабее, чем beta = 0.07. Наконец, зеленая, штрихованная кривая включает в себя и данные SNO, но поскольку она основывается только на более высокоэнергетических нейтрино, происходящих из распада бора, то точность ее несколько меньше.
Заметьте, что самое лучшее описание данных получается в предположении beta = 0, то есть в случае полного отсутствия флуктуаций плотности.
Поскольку в дальнейшем результаты KamLAND будут улучшаться, авторы надеются на улучшение ограничений на величину флуктуаций солнечной плотности. Результаты этого исследования, безусловно, будут важны для всей науке о Солнце. Кроме того, как указывают авторы, эти исследования могут помочь нам в понимании свойств других звезд, а также свойств распространения нейтрино в иных средах с флуктуациями, например, при выходе нейтрино из центра сверхновых звезд.
Ссылки:
[1] A.B. Balantekin, H. Yuksel, "Do the KamLAND and Solar Neutrino Data Rule out Solar Density Fluctuations?", hep-ph/0303169.