Нейтринная астрономия

Методы обнаружения

Нейтрино невероятно редко взаимодействуют с материей, поэтому подавляющее большинство нейтрино пройдет через детектор без взаимодействия. Если нейтрино взаимодействует, то только один раз. Следовательно, для выполнения нейтринной астрономии необходимо использовать большие детекторы, чтобы получить достаточную статистику.

Детектор нейтрино IceCube на Южном полюсе. ФЭУ находятся подо льдом более чем в километре и будут обнаруживать фотоны от нейтринных взаимодействий в пределах кубического километра льда.

Метод обнаружения нейтрино зависит от энергии и типа нейтрино. Известным примером является то, что антиэлектронные нейтрино могут взаимодействовать с ядром в детекторе путем обратного бета-распада и производить позитрон и нейтрон. Позитрон немедленно аннигилирует с электроном, производя два фотона по 511 кэВ. Нейтрон присоединится к другому ядру и испустит гамма-излучение с энергией в несколько МэВ. В общем, нейтрино могут взаимодействовать через взаимодействия нейтрального тока и заряженного тока. При взаимодействии с нейтральным током нейтрино взаимодействует с ядром или электроном, и нейтрино сохраняет свой первоначальный аромат. При взаимодействии заряженных токов нейтрино поглощается ядром и производит лептон, соответствующий аромату нейтрино (νе⟶е−{\ displaystyle {\ ce {\ nu_ {e} -> e ^ -}}},νмю⟶мю−{\ displaystyle {\ ce {\ nu _ {\ mu} -> \ mu ^ {-}}}}, и т.д.). Если заряженные равнодействующие движутся достаточно быстро, они могут создать черенковский свет .

Для наблюдения за взаимодействием нейтрино в детекторах используются фотоумножители (ФЭУ) для обнаружения отдельных фотонов. По времени фотонов можно определить время и место взаимодействия нейтрино. Если нейтрино создает мюон во время своего взаимодействия, то мюон будет двигаться по линии, создавая «дорожку» черенковских фотонов. Данные этого трека можно использовать для восстановления направленности мюона. Для высокоэнергетических взаимодействий направления нейтрино и мюона совпадают, поэтому можно сказать, откуда взялось нейтрино

Это направление важно в нейтринной астрономии вне Солнечной системы. Наряду со временем, положением и, возможно, направлением можно вывести энергию нейтрино из взаимодействий

Количество излучаемых фотонов связано с энергией нейтрино, а энергия нейтрино важна для измерения потоков солнечных и геонейтрино.

Из-за редкости взаимодействий нейтрино важно поддерживать низкий фоновый сигнал. По этой причине большинство детекторов нейтрино строится под каменной или водной толщей

Эта покрывающая порода защищает от большинства космических лучей в атмосфере; лишь некоторые из мюонов самых высоких энергий способны проникнуть в глубины наших детекторов. Детекторы должны включать способы обработки данных от мюонов, чтобы не путать их с нейтрино. Наряду с более сложными мерами, если трек мюона впервые обнаруживается за пределами желаемого «доверительного» объема, событие рассматривается как мюон и не рассматривается. Игнорирование событий за пределами реперного объема также уменьшает сигнал от излучения за пределами детектора.

Несмотря на усилия по защите, неизбежно, что некоторый фон попадет в детектор, часто в виде радиоактивных примесей внутри самого детектора. На этом этапе, если невозможно отличить фон от истинного сигнала, для моделирования фона необходимо использовать моделирование методом Монте-Карло . Хотя может быть неизвестно, является ли отдельное событие фоном или сигналом, можно обнаружить превышение фона, означающее наличие полезного сигнала.

Сверхновые данные

В отличие от Солнца вспышки сверхновых звезд создают потоки не только нейтрино (причем с энергиями, гораздо большими, чем солнечные), но и антинейтрино. Одно из таких событий произошло 23 февраля 1987 года, когда с помощью проектов Кamiokande-II и IMB (США) была зафиксирована нейтринная вспышка, вызванная взрывом сверхновой звезды в Большом Магеллановом Облаке. Это были первые обнаруженные нейтрино от известного источника в другой галактике. За 13 секунд Кamiokande-II было зарегистрировано 11 нейтринных и антинейтринных событий, хотя обычно в день регистрируется только несколько частиц. Несмотря на то что число обнаруженных нейтрино было мало, тот интервал времени, за который они наблюдались, хорошо согласовывался с предсказаниями стандартной теории.

При взрыве сверхновой большая часть энергии уносится в виде нейтрино, остаток в основном уходит на расширение оболочки, и только крошечная доля высвободившейся гравитационной энергии покидает место катастрофы в виде оптической вспышки. То есть световой выход вспышки сверхновой является буквально поверхностным явлением.

Задачи нейтринной астрономии высоких энергий сводятся в основном к поиску точечных источников излучения. Они не наблюдаются непосредственно, но их существование вытекает из свойств космических лучей, состоящих главным образом из протонов. Имея электрический заряд, протоны отклоняются магнитными полями и потому не могут нести информацию о направлении источника. Однако любой источник, ускоряющий фотоны до высоких энергий, создает большой поток пи-мезонов, которые, распадаясь, испускают гамма-лучи и нейтрино. Последние сохраняют направление на источник, и, таким образом, существование основного потока высокоэнергетичных протонов подразумевает существование потоков высокоэнергичных нейтрино. Источниками нейтрино высоких энергий могут быть двойные системы, содержащие нейтронную звезду или черную дыру, сверхновые звезды и их молодые остатки, активные ядра галактик и гамма-барстеры.

Достигая Земли, мюонные нейтрино и антинейтрино в воде на большой глубине создают поток мюонов, которые при больших энергиях сохраняют направление генерирующих их нейтрино. Траектория мюонов высокой энергии выглядит в воде как светящийся жгут. Происходит это потому, что мюон на своем пути порождает ядерно-электромагнитные ливни, которые испускают в воде Черенковское излучение. Поэтому глубоководный нейтринный телескоп представляет собой просто пространственную решетку из фотоумножителей, регистрирующих свет от траектории мюонов. Длина пробегов мюонов высоких энергий в воде очень велика, что позволяет довольно точно определить направление на источник. Поэтому для создания огромных мюонных детекторов, которые могли бы зафиксировать высокоэнергетичные нейтрино, используют воды Мирового океана и глубоководные озера.

Результаты многолетних исследований показали, что Байкал одно из наиболее подходящих мест на Земле для размещения глубоководных детекторов Черенковского излучения, и сейчас на Байкальской нейтринной станции уже несколько лет работает нейтринный телескоп NT-200. Установке его модулей предшествовала длительная работа по изучению свойств озера и созданию глубоководной аппаратуры. Зимой 1992 года на глубине 1 370 метров, на расстоянии около 4 км от берега был установлен несущий каркас телескопа, а в 1998 году Байкальский нейтринный телескоп стал одной из крупнейших в мире установок для исследования нейтрино высоких энергий.

Другим уникальным нейтринным телескопом является Антарктическая Мюонная и Нейтринная Детекторная сетка (AMANDA) совместный проект США, Швеции, Германии. Еще один нейтринный телескоп ANTARES устанавливается в 40 км на юго-восток от Марселя в Средиземном море на глубине 2,4 км. Он будет обнаруживать следы нейтрино, которые приходят из наиболее бурных мест во Вселенной.

AMANDA и ANTARES помогут расшифровать тайны гамма-всплесков, которые идентифицируются как возможные источники самых высокоэнергетических космических лучей и займут важное место в многосторонней атаке на природу частиц темной материи, а также откроют возможность для изучения нейтринных осцилляций. Они помогут узнать, существуют ли во Вселенной скрытые ускорители, из которых вылетают только нейтрино

Нейтрино вообще нет?

Как же можно объяснить отсутствие ожидаемого потока солнечных нейтрино? Сразу же появилось множество различных гипотез, большинство которых касается процессов, происходящих внутри Солнца. По одним моделям внутри Солнца гораздо меньше ядер тяжелых элементов, чем было принято считать ранее, и поэтому, возможно, там протекают другие циклы реакции. Согласно другим — внутри Солнца имеется быстро вращающееся ядро либо же там существуют огромной силы неоднородные магнитные поля.

Дошло даже до того, что появилось предположение, которое вызвало единодушное неодобрение и даже нежелание его рассматривать (а американский ученый Бакал назвал его просто «отвратительным»). Состоит оно в том, что солнечные нейтрино имеют короткое время жизни и просто распадаются за те 8 минут, которые требуются им, чтобы долететь со скоростью света от Солнца до Земли.

Пока одни спешили пересматривать циклы ядерных реакций в недрах Солнца, а другие слишком верили в эти циклы и предпочитали думать, что нейтрино просто не долетают до Земли, нашелся один ученый, который попробовал взглянуть на всю проблему иначе. Немецкий физик Багге выступил с сенсационным сообщением. Можно очень легко объяснить, почему в эксперименте Дэвиса не зарегистрирован поток нейтрино от Солнца,— сказал он. Достаточно предположить, что электронных нейтрино просто не существует в природе! И Багге изложил новую концепцию мироздания, которая исключает надобность в этих частицах. Для этого нужно было «всего лишь» по-другому объяснить наблюдаемые факты.

Вспомним процесс бета-распада ядер. Мы видим, что при этом одним нейтроном в ядре становится меньше, но вместо него появляются протон и электрон. Есть неувязка с изменением энергии, а также импульса. Для устранения этих неувязок предполагается, что вылетает еще одна частица — нейтрино, но ее-то мы никак не регистрируем. А ведь можно вовсе обойтись без нее. Для этого нужно распространить классические законы на область состояний с отрицательной энергией.

Кстати, такое обобщение в случае закона сохранения энергии уже давно сделал Дирак, предложивший рассматривать античастицы как незаполненные «дырки» в пространстве состояний обычных частиц, но с отрицательной энергией. Говорят, например, что позитрон — это просто «дырка» среди состояний электронов с энергией ниже нуля. В этих терминах аннигиляция пары электрон — позитрон есть не что иное, как «падение» электрона на незанятый уровень с отрицательной энергией, а рождение пары — выбивание электрона с такого уровня в область положительных энергий. Эти представления, впервые высказанные Дираком, сначала встретили сильнейшее недоверие, но потом к ним привыкли настолько, что теперь они уже воспринимаются как само собой разумеющееся.

Багге предложил сделать следующий шаг. Нужно точно таким же образом обобщить законы сохранения импульса и спина. Исходя из общих соображений, следует признать, что классические законы сохранения энергии, импульса и спина связаны между собой довольно тесно. Поэтому вполне логичной выглядит идея, что уж если обобщать эти законы, то все вместе. И вот оказывается, что в этом случае электронные нейтрино просто не нужны!

«Невидимая» часть той энергии, которую приписывали нейтрино, тратится на то, чтобы поднять электрон из области отрицательных энергий в «видимую» область, область положительных энергий. А выбравшись в доступный нашим наблюдениям мир, электрон демонстрирует нам оставшуюся часть энергии. Закон сохранения энергий полностью соблюден.

Точно так же гипотеза обеспечивает и другие законы сохранения: импульса, спина, электрического заряда, числа барионов и т. д.

Идея Багге выглядит очень занятно, но против нее есть сильный аргумент. Она не объясняет результат ставших уже классическими опытов Райниса и Коуэна по регистрации электронных антинейтрино из ядерного реактора.

Материалы по теме

Атмосфера Земли

Однако, существует еще одна частица, которая не имеет заряд и при этом слабо взаимодействует с веществом – нейтрино. Такие частицы рождаются во взаимодействиях ядер и протонов с веществом тела-источника. В силу слабого взаимодействия с любыми материалами и электромагнитным полем нейтрино способны беспрепятственно путешествовать на огромные расстояния, при этом не меняя своей траектории. Эти свойства нейтрино дают ученым возможность наблюдать за дальними уголками Вселенной посредством регистрации и исследования прилетающих из космоса нейтрино.

Можно провести сравнение с видимым светом Солнца и наблюдением за ним при помощи основного оптического инструмента человека —  глаза. Как только Солнце заходит за горизонт, то видимый свет, который не способен проходит сквозь Землю, не доходит до зрачка глаза и не может быть замечен человеком. Однако, если бы глаз улавливал не свет, а нейтрино, излучаемое Солнцем, то человек мог бы увидеть Солнце буквально сквозь Землю, так как нейтрино способны пролетать сквозь Землю. По этой причине ученые способны увидеть намного больше информации о космических процессах и телах при помощи инструментов, способных регистрировать нейтрино – нейтринных телескопах.

Приложения

Когда астрономические тела, такие как солнце, изучаются с помощью света, непосредственно можно наблюдать только поверхность объекта. Любой свет, излучаемый в ядре звезды, будет взаимодействовать с частицами газа во внешних слоях звезды, и потребуется сотни тысяч лет, чтобы добраться до поверхности, что делает невозможным непосредственное наблюдение ядра. Поскольку нейтрино также создаются в ядрах звезд (в результате звездный синтез ), активную зону можно наблюдать с помощью нейтринной астрономии. Были обнаружены другие источники нейтрино, такие как нейтрино, испускаемые сверхновыми. В настоящее время существуют цели по обнаружению нейтрино из других источников, таких как активные галактические ядра (AGN), а также гамма-всплески и звездообразования галактики. Нейтринная астрономия также может косвенно обнаруживать темную материю.

Эксперимент SNO

Садбурская нейтринная обсерватория это совместный эксперимент группы ученых из Канады, США и Англии. Вся лаборатория и детектор расположены под землей на глубине 2 км в шахте около Садбури, Канада.

Строительство лаборатории начали в 1990 году и завершили в 1998-м.

В мае 1999-го была выполнена калибровка оборудования SNO, которая помогла оценить оптические параметры, пространственную, угловую и энергетическую чувствительность детектора, чувствительность к сигналам от нейтрино и процессам, которые производят фон и систематические эффекты, способные повлиять на интерпретацию результатов, и только после этого начались наблюдения.

SNO-детектор представляет собой гигантский резервуар диаметром 22 и высотой 34 метра, с очень чистой обычной водой, в которую помещен бак из акрилового пластика, имеющий диаметр 12 метров, с 1000 тонн тяжелой воды, служащей мишенью для нейтрино.

Акриловый резервуар окружает геодезическая сфера 17-метрового диаметра, содержащая 9 456 фотоумножителей для обнаружения небольших вспышек света, излучаемых в момент попадания нейтрино на мишень.

Лаборатория включает электронику и компьютерные ресурсы, систему управления и системы очистки как для тяжелой, так и обычной воды.

В поисках стерильного нейтрино

Детектор нейтрино LSND, расположенный в Национальной лаборатории Лос-Аламоса и мини-ускоритель нейтрино MiniBooNE в Национальной ускорительной лаборатории Ферми (Fermilab) позволили исследователям прийти к удивительным выводам.

Более двадцати лет физики ищут таинственное стерильное нейтрино

В своих экспериментах физики генерируют поток мюонных нейтрино и направляют их на детектор, расположенный на расстоянии 470 метров. Детектор – гигантский резервуар, заполненный 170 метрическими тоннами чистого жидкого аргона – ждет, чтобы поймать нейтрино в момент столкновения с ядром одного из атомов аргона. Такие столкновения крайне редки, и единственными их признаками являются вторичные частицы, образующиеся в результате взаимодействия.

Как пишет Scientific American, ученые объявили о результатах, полученных с помощью детектора MicroBooNE 27 октября, заявив, что не увидели никаких признаков, свидетельствующих о наличии дополнительных частиц.

Детектор элементарных частиц MicroBooNE

Однако MicroBooNE может гораздо точнее определить направление движения частиц и энергию, которую выделяют частицы. Это означает, что физики могут решить, является ли что-то электроном или фотоном. Настоящий триумф эксперимента заключается в том, что технология работает настолько хорошо.

Тем не менее, исследователи практически уверены в том, что там, где они искали, нет лишних электронов или фотонов, что ослабляет надежды на обнаружение стерильных нейтрино. Если бы мюонные нейтрино могли быстро превращаться в стерильные нейтрино, а затем в электронные нейтрино, электроны появились бы в детекторе.

Но если нет лишних электронов или фотонов, то что это за избыточные частицы, которые были зарегистрированы LSND и MiniBooNE? Один из вариантов ответа заключается в том, что необъяснимые столкновения нейтрино на самом деле не происходили ни в одном из предыдущих экспериментов и что в случае с MiniBooNE исследователи просто пропустили некоторые помехи внутри детектора в ходе эксперимента.

Детектор находится недостаточно далеко от своего источника, чтобы возникло обычное колебание мюонного нейтрино в электронное нейтрино.

Другие соглашаются. «Очень маловероятно, что в детекторе произошла какая-то ошибка», – рассказал журналистам физик-теоретик Северо-Западного университета Андре де Гувеа. Должен быть новый источник либо электронов, либо фотонов, либо чего-то похожего на электроны или фотоны. Возможно, говорит он, происходит что-то более сложное.

Эти частицы могут распадаться на другие — например, на обычное нейтрино и нечто экзотическое, например «темный фотон» (двоюродный брат обычных фотонов, физики предполагают его существование, однако никаких доказательств их существования на сегодняшний день нет).

Дефицит массы

Таким образом, все четыре солнечных нейтринных эксперимента (Homestake, Kamiokande, SAGE и GALLEX) показывают, что измеренный поток солнечных нейтрино на орбите Земли значительно меньше, чем предсказано Стандартной Солнечной Моделью. Это расхождение получило название «Проблемы солнечного нейтрино». В то время когда шли эксперименты, физики-теоретики и астрофизики пытались выяснить причину этих расхождений. Существуют два возможных объяснения: либо ученые не знают в действительности, как звезды (и, в частности, Солнце) обеспечивают свою светимость, либо не понимают природы нейтрино. Тщательные вычисления, проведенные астрономами, показали, что дефицит солнечных нейтрино различных энергий не может урегулироваться никакими приемлемыми моделями.

Непростая репутация нейтрино навела некоторых ученых на мысль, что возможны взаимные превращения нейтрино (так называемые осцилляции) за время их путешествия от центра Солнца к Земле. Еще в 1957 году физик Бруно Понтекорво сформулировал теорию нейтринных преобразований, согласно которой при существовании различных видов нейтрино они могут трансформироваться из одного вида в другой и обратно. Но для такого превращения необходимо, чтобы нейтрино имело хотя бы крошечную массу. Безмассовые частицы не способны на такие превращения. Следовательно, обнаружение осцилляций нейтрино будет свидетельством наличия у них массы покоя. А потому последующие нейтринные эксперименты ставили своей основной целью поиск осцилляций нейтрино.

В 1998 году участники эксперимента «Суперкамиоканде» заявили о регистрации явлений, похожих на нейтринные осцилляции. В ходе эксперимента исследовалось число мюонных нейтрино, рожденных в верхних слоях земной атмосферы, при столкновении протонов космических лучей с ядрами атомов воздуха, приходящих в детектор с разных расстояний. Оказалось, что меньшее число мюонных нейтрино приходило с тех направлений, где нейтрино преодолевали большее расстояние. Эти результаты дали основания полагать, что количество нейтрино данного класса зависит от пройденного ими пути, что может быть следствием трансформации нейтрино из одного вида в другой.

Решение проблемы дефицита солнечных нейтрино, и в частности исследование нейтринных осцилляций, также требует независимых измерений потока электронных нейтрино и мюонных и тау-нейтрино. Такие исследования были выполнены Садбурской нейтринной обсерваторией (SNO). Благодаря использованию тяжелой воды были измерены поток и энергия электронных нейтрино и поток всех нейтрино с использованием двух типов взаимодействий нейтрино с дейтерием. Потоки нейтрино, измеренные двумя способами, различались на треть, и причину этого расхождения ученые видят в том, что электронные нейтрино, возникающие в центре Солнца по пути к Земле, преобразовались частично в мюонные, а частично в тау-нейтрино. Такие преобразования свидетельствуют о наличии у нейтрино массы покоя. Оказалось, что все нейтрино Вселенной весят примерно столько же, сколько все видимые звезды.

Воздействие космических лучей на организм человека

Пока мы живем на поверхности Земли, нет необходимости принимать какие-либо меры предосторожности против воздействия космического излучения. Это потому, что у Земли есть два механизма, чтобы защитить нас от вреда космических лучей:

1. Магнитное поле Земли — когда космические лучи приближаются к Земле, магнитное поле будет отклонять заряженные частицы. Конечным результатом является то, что они в основном сосредоточены на двух полюсах Земли, которые очень малочисленны, если вообще населены. Видимым проявлением влияния магнитного поля Земли является сияние, наблюдаемое на полюсах.
2. Другим механизмом является защитная атмосфера Земли. Атмосфера не только может поглощать большую часть инфракрасного и ультрафиолетового света, но и взаимодействовать с космическими лучами. Частицы высоких энергий так называемого первичного космического луча столкнутся с атомами кислорода или азота в атмосфере и затем превратятся во вторичные частицы космического луча. Космические лучи проходят через атмосферу, ослабляются и в конечном итоге достигают земли.Эти вторичные частицы имеют достаточную энергию для производства частиц следующего поколения.

Одна вещь, которую мы должны знать, — то, что заряд высокоэнергетических частиц космических лучей может достигать 100 МэВ. Они могут нарушать нормальную функцию клетки, вызывать заболевания, а значит, представлять угрозу для космонавтов. Если космические лучи проникают в капсулу космических кораблей, они могут также подорвать точность прибора, влияя на их работу. Таким образом, тщательное планирование должно быть принято в каждой космической миссии.

Большая часть космического излучения не может достичь поверхности Земли. Энергии частиц, которые проникают на поверхность Земли, будут дополнительно уменьшаться при приближении к земле. Следовательно, атмосфера действует как барьер для блокирования частиц высоких энергий. Когда космические лучи достигают поверхности Земли, потенциальные вредные воздействия значительно уменьшаются.

Видео

Источники

• http://www.astronautica.ru/polety-v-kosmos/osvoenie-kosmosa/6.htmlhttps://ru.wikipedia.org/wiki/Космическое_пространствоhttps://new-science.ru/kak-bylo-obnaruzheno-kosmicheskoe-izluchenie/http://astroinformer.com/cosmic_rayshttps://www.gazeta.ru/science/2017/02/20_a_10534355.shtmlhttp://mir-znaniy.com/nevidimaya-vselennaya/

Подземные нейтринные детекторы

Помимо нескольких подводных нейтринных детекторов существуют также подземные детекторы, работающие по тому же принципу. Их отличие в том, что для детектирования используется искусственный резервуар со специальной водой. Также благодаря своему расположению данные телескопы используют земные породы в качестве фильтра частиц, избавляющих детекторы от регистрации стороннего (фонового) излучения, вроде космического.

Super-Kamiokande

Super-Kamiokande в Токио

Наибольшим подземным нейтринным детектором является Super-Kamiokande, который располагается несколько севернее Токио, в цинковой шахте на глубине 1 км. Детектор представляет собой резервуар диаметром 40 метров и высотой 42 метра, который состоит из нержавеющей стали. Он заполнен 50 000 тонн очищенной воды. На стенах резервуара находятся 11 146 фотоумножителей, высокая чувствительность которых позволяет зарегистрировать даже один квант света. Постройка Super-Kamiokande была завершена в

Схема Super-Kamiokande

далеком 1996-м году и с тех пор количество его фотоэлектронных умножителей растет.

SNO

Еще один детектор, в разы меньший Super-Kamiokande, расположен около канадского города Садбери в шахте на глубине двух километров — Sudbury Neutrino Observatory. SNO – акриловая сфера диаметром 12 метров и толщиной стенок – 5,5 см, которая заполнена тяжелой водой D₂O и покрыта 9 600 фотоумножителями. Сама сфера располагается в резервуаре с чистой водой, во избежание попадания в детектор продуктов распада тория и урана, которые рождаются в горной породе снаружи шахты. SNO не рассчитан на регистрацию нейтрино из дальних уголков космоса, а используется для изучения нейтринного излучения Солнца. Прослужив с 1999-го по 2006-й год, на данный момент детектор завершает процесс переоборудования. Была запланирована замена тяжелой воды

SNO

на жидкий линейный алкилбензол, который увеличит чувствительность детектора.

Помимо упомянутых детекторов, основанных на эффекте Вавилова — Черенкова, существует множество иных детекторов, работающих по другому принципу. Зачастую такие детекторы регистрируют нейтрино посредством его взаимодействия с более тяжелыми материалами, чем вода, и предназначены скорее не для наблюдения за Вселенной, а для изучения свойств самих нейтрино.

Космические нейтрино высокой энергии

. Кос­мич. ней­три­но вы­со­кой энер­гии при­ня­то на­зы­вать ней­три­но, ро­ж­даю­щие­ся в столк­но­ве­ни­ях кос­мич. лу­чей с обыч­ным ве­ще­ст­вом или фо­то­на­ми. Изу­че­ние та­ких ней­три­но важ­но для ре­ше­ния про­бле­мы про­ис­хо­ж­де­ния кос­мич. лу­чей. По совр. пред­став­ле­ни­ям, кос­мич. лу­чи воз­ни­ка­ют в ас­т­ро­фи­зич. объ­ек­тах, где про­те­ка­ют про­цес­сы, при­во­дя­щие к ус­ко­ре­нию про­то­нов и ядер. Ес­ли в бли­жай­шей ок­ре­ст­но­сти та­ко­го объ­ек­та име­ет­ся дос­та­точ­но ве­ще­ст­ва, то ус­ко­рен­ные про­то­ны долж­ны ге­не­ри­ро­вать в нём за­ря­жен­ные $π^±$-ме­зо­ны, ко­то­рые в даль­ней­шем рас­па­да­ют­ся на мю­он­ные ней­три­но (ан­ти­ней­три­но) и мюо­ны; по­след­ние, в свою оче­редь, рас­па­да­ют­ся на элек­тро­ны (по­зи­тро­ны), элек­трон­ные ан­ти­ней­три­но (ней­три­но) и мю­он­ные ней­три­но (ан­ти­ней­три­но). Од­на­ко за счёт ней­трин­ных ос­цил­ля­ций на де­тек­тор на Зем­ле по­па­да­ет по­ток ней­трино, со­дер­жа­щий все 3 ти­па ней­три­но в при­мер­но рав­ных ко­ли­че­ст­вах. При взаи­мо­дей­ст­ви­ях про­то­нов с ве­ще­ст­вом ро­ж­да­ют­ся так­же ней­траль­ные $π$-ме­зо­ны, ко­то­рые, рас­па­да­ясь, ге­не­ри­ру­ют по­ток $γ$-кван­тов вы­со­кой энер­гии. Од­на­ко та­кой по­ток $γ$-кван­тов мо­жет ро­ж­дать­ся и при ус­ко­ре­нии элек­тро­нов за счёт син­хро­трон­но­го из­лу­че­ния. К нач. 21 в. об­на­ру­же­но неск. дис­крет­ных ис­точ­ни­ков $γ$-кван­тов вы­со­кой энер­гии, и ре­ги­ст­ра­ция ней­трин­но­го по­то­ка от та­ких объ­ек­тов пред­став­ля­ет ог­ром­ный ин­те­рес. Кро­ме то­го, мо­гут су­ще­ст­во­вать ис­точ­ни­ки кос­мич. лу­чей, ок­ру­жён­ные дос­та­точ­но тол­стым сло­ем ве­ще­ст­ва, не­про­зрач­ным для $γ$-кван­тов, но про­зрач­ным для ней­три­но. В этом слу­чае го­во­рят о скры­том ло­каль­ном ис­точ­ни­ке ней­три­но. Дол­жен су­ще­ст­во­вать и диф­фуз­ный по­ток кос­мич. ней­три­но, соз­да­вае­мый мн. ис­точ­ни­ка­ми кос­мич. лу­чей, а так­же воз­ни­каю­щий в про­цес­се их рас­про­стра­не­ния в про­стран­ст­ве при столк­но­ве­ни­ях с га­зом. Де­тек­ти­ро­вать эти ней­три­но чрез­вы­чай­но слож­но, что свя­за­но с боль­шой про­ни­каю­щей спо­соб­но­стью ней­три­но и их ма­лы­ми по­то­ка­ми. До­пол­нит. труд­ность воз­ни­ка­ет из-за фо­на, соз­да­вае­мо­го ат­мо­сфер­ны­ми ней­три­но, ко­то­рые ге­не­ри­ру­ют­ся кос­мич. лу­ча­ми в ат­мо­сфе­ре Зем­ли. По­это­му при энер­ги­ях ни­же 103–105 ГэВ воз­мож­но об­на­ру­же­ние толь­ко то­чеч­ных ис­точ­ни­ков ней­три­но. В этом слу­чае де­тек­то­ры долж­ны иметь воз­мож­ность ре­ги­ст­ри­ро­вать мю­оны и оп­ре­де­лять на­прав­ле­ние их при­хо­да (мюо­ны, воз­ник­шие во взаи­мо­дей­ст­ви­ях ней­три­но со сре­дой де­тек­то­ра или ок­ру­жаю­ще­го его ве­ще­ст­ва, со­хра­ня­ют на­прав­ле­ние дви­же­ния ней­три­но). Т. о., по­иск дис­крет­ных ис­точ­ни­ков ней­три­но сво­дит­ся к по­ис­ку сгу­ще­ний в рас­пре­деле­нии на­прав­ле­ний при­хо­да за­ре­ги­стри­ро­ван­ных ней­три­но, пре­вы­шаю­щих флук­туа­ции, ожи­дае­мые для ат­мо­сфер­ных ней­три­но.

Диф­фуз­ные по­то­ки кос­мич. ней­три­но воз­мож­но ре­ги­ст­ри­ро­вать при их энер­ги­ях св. 106 ГэВ. Ожи­да­ет­ся, что при этих энер­ги­ях по­ток кос­мич. ней­три­но пре­вы­сит по­ток ат­мо­сфер­ных ней­три­но. Од­на­ко ожи­дае­мые по­то­ки та­ких ней­три­но пре­дель­но ма­лы и для их ре­ги­стра­ции, воз­мож­но, по­тре­бу­ет­ся соз­да­ние но­вых ги­гант­ских ус­та­но­вок и раз­ра­бот­ка но­вых ме­то­дов де­тек­ти­ро­ва­ния ней­три­но.