Ακτίνες νετρίνων για τη μέτρηση της πυκνότητας της Γης

Πηγή: PhysicsWeb, 16 Φεβρουαρίου 2005

Ένας φυσικός στις ΗΠΑ  πρότεινε να μετρήσει την πυκνότητα του γήινου πυρήνα με μια ακτίνα νετρίνω . Ο Walter Winter του Ινστιτούτων Προηγμένων Μελετών στο Princeton ισχυρίζεται ότι τα νετρίνα θα μπορούσαν να δώσουν πληροφορίες για τη Γη που καμιά άλλη τεχνική δεν μπορεί να μας δώσει. Αν και οι μετρήσεις των σεισμικών κυμάτων που παράγονται από σεισμούς μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να δημιουργήσουν ένα μοντέλο του εσωτερικού της Γης, αυτές δίνουν μόνο έμμεσες πληροφορίες.

Τα νετρίνα συναντώνται σε τρεις γεύσεις -- νετρίνο ηλεκτρονίου, μιονίου και ταυ. Είναι επίσης ουδέτερο και αλληλεπιδρά ασθενώς μόνο με άλλα σωματίδια, που σημαίνει ότι μπορούν να διέλθουν μέσω χιλιάδων χιλιομέτρων της ύλης χωρίς να απορροφηθούν. Εντούτοις, τα νετρίνα μπορούν να αλλάξουν τη γεύση τους ή να "ταλαντευτούν" όπως αλλιώς λέγεται στη γλώσσα της Φυσικής καθώς περνούν μέσω της ύλης, παραδείγματος χάριν, το νετρίνο ηλεκτρονίου ταλαντώνεται σε νετρίνο μιονίου. Επειδή το ποσό της ταλάντωσης εξαρτάται από την πυκνότητα των ηλεκτρονίων στην ύλη, και δεδομένου ότι η πυκνότητα των ηλεκτρονίων σχετίζεται άμεσα με τη γενική πυκνότητα της ύλης, θα πρέπει να είναι δυνατό να καθοριστεί η πυκνότητα της ύλης της Γης αν κάνουμε ακριβείς μετρήσεις των ταλαντώσεων.

Ο Winter προτείνει να σταλεί μια ακτίνα νετρίνων από έναν επιταχυντή μέσω της Γης σε έναν άλλον ανιχνευτή, δεκάδες χιλιάδες χιλιόμετρα μακριά, στην άλλη πλευρά της υδρογείου. Σε γενικές γραμμές, η ακτίνα θα ταξίδευε από ένα "εργοστάσιο παραγωγής νετρίνων" στο βόρειο ημισφαίριο προς έναν ανιχνευτή που θα περιέχει 50.000 τόνων σιδήρου στο νότιο ημισφαίριο. Παραδείγματος χάριν, μια ακτίνα θα μπορούσε να σταλεί από το Κέντρο Πυρηνικών Μελετών και Ερευνών (CERN) στην Ελβετία μέσω του εσωτερικού πυρήνα της γης σε έναν ανιχνευτή στη Νέα Ζηλανδία.

Το πρώτο πείραμα ταλάντωσης νετρίνων "μακράς απόστασης" έγινε το 1999, όταν εστάλησαν νετρίνα μέσω του εδάφους από το εργαστήριο KEK στην Ιαπωνία στον ανιχνευτή SuperKamiokande 250 χιλιόμετρα μακριά. Επίσης, αυτή την εποχή είναι σε εξέλιξη σχέδιο για να στείλουν ακτίνες από το Fermilab κοντά στο Σικάγο προς το εργαστήριο Σουδάν στη Μινεσότα, σε μια απόσταση 710 χιλιόμετρα, και από το CERN στο Εθνικό Εργαστήριο Gran Sasso στην Ιταλία, 730 χιλιόμετρα μακριά.

Η κύρια πρόκληση θα είναι να κτιστεί το εργοστάσιο των νετρίνων σε τέτοια θέση έτσι ώστε οι ακτίνες να περάσουν από το κέντρο της Γης. Οι υπάρχουσες ακτίνες νετρίνων ταξιδεύουν μόνο μερικές μοίρες κάτω από τον ορίζοντα, ενώ η ακτίνα που προτείνει ο Winter θα έπρεπε να ταξιδέψει κατευθείαν προς τα κάτω. Εντούτοις, είναι βέβαιος ότι ένα τέτοιο πείραμα θα μπορούσε να αρχίσει από το 2035,

Το 2003, οι φυσικοί στο εργαστήριο KEK πρότειναν επίσης τη χρήση ακτίνων νετρίνων για να καταστρέψουν πυρηνικά όπλα και πέρυσι, ένας αστροφυσικός στις ΗΠΑ υπέδειξε τη χρήση ενός από τα φεγγάρια του Δία για να ανιχνεύσουν νετρίνα.