В глубинах Земли и на ее поверхности рассеяны радиоактивные элементы, такие, как, например, уран, торий и продукты их распада. Часть этих элементов испытывает - распады, при которых возникает антинейтринное излучение. Оно проникает сквозь толщу пород и несет интересную информацию о содержании недр нашей планеты. Увы, регистрация земных и e на сегодняшний день - технически невыполнимая задача. Даже оптимистические оценки величины их полного потока, сделанные на основании теплового баланса Земли, показывают, что этот поток на четыре, пять порядков меньше, чем от реактора. К тому же основная часть земных антинейтрино имеет совсем малую энергию, много ниже порога большинства обратных реакций. Если воспользоваться для их регистрации таким классическим процессом, как и e + p n + e+, то понадобиться 1000 т жидкого осциллятора, чтобы земные антинейтрино вызывали хотя бы одно событие в сутки (опять-таки при оптимистических оценках). Выделить это событие из фоновых излучений пока не представляется возможным.

Землю бомбардируют и атмосферные нейтрино, точнее, нейтрино от космических лучей. Происхождение их следующее. Быстрые космические протоны, врываясь в земную атмосферу, взаимодействуют с ядрами и рождают потоки - и К - мезонов. Последние распадаются в основном на мюоны и мюонные нейтрино. Продукты распада наследуют энергию мезонов, которая может достигать сотен гигаэлектроновольт. А чем больше энергия нейтрино, тем больше вероятность его взаимодействия с веществом, в результате которого рождается мюон.

Теперь представим себе, что огромная толща вещества поглотит все космическое излучение, все частицы, кроме нейтрино. Они проникнут сквозь это вещество и обнаружат себя потоком сопутствующих мюонов, рожденных в поверхностном слое и сумевшем выти наружу. В качестве этой толщи вещества можно использовать нашу Землю, возможно, даже

целиком земной шар. При этом надо регистрировать мюоны, идущие не к Земле, а из ее глубины (рис. 6).

Рис. 6. Возникновение и регистрация космических нейтрино: А – точка рождения пиона, В – точка распада пиона и рождения мюона и нейтрино, С – точка взаимодействия нейтрино с веществом и рождения мюона, D – область регистрации мюона.

Предложил исследовать космические нейтрино по потоку мюонов М.А. Марков (1960 г.). В своей книге "Нейтрино" (1964 г.) он писал:

"Все известные частицы в космических лучах, кроме нейтрино, поглощаются на пути десятка километров вещества и, таким образом, полностью экранируются планетой, если глубина, на которую помещена регистрирующая установка, конечно, достаточна, чтобы можно было пренебречь маловероятным процессом рассеяния - мезонов большой энергии "назад", которое в принципе способно имитировать искомый эффект.

Другая, может быть, наиболее существенная особенность проявления конкретного эффекта + нуклон нуклон' + в условиях космического

эксперимента заключается в том, что регистрирующая установка собирает наблюдаемый эффект с грандиозных толщин вещества, лежащих под уста- новкой .

Третья существенная особенность космического эксперимента заключается в принципиальной возможности использования в условиях хорошего экранирования подземной установки больших площадей детектирующих устройств, порядка нескольких сотен квадратных метров. Эти перечисленные своеобразные особенности космического эксперимента, как показывают детальные оценки, делают в принципе его возможным, хотя и трудно осуществимым.

Трудность его осуществления скорее чисто психологическая: физики, работающие на ускорителях, уже привыкли к индустриальному характеру современного эксперимента ."

Призыв к экспериментаторам был услышан. Всего через год после вы- хода книги были зарегистрированы первые космические нейтрино.

Исследования проводились практически одновременно в двух глубочайших шахтах Южной Африки и Индии. Группа, работавшая под руководством Ф. Рейнеса в Южной Африке с октября 1964 г. по август 1967 г., сообщила о регистрации 40 нейтринных событий. Второй установкой (Индия) к концу 1968 г. было зарегистрировано 9 событий.

В 70-х годах в излучение космических нейтрино включилась Баксанская нейтринная обсерватория АН СССР. На Северном Кавказе, в Баксанском ущелье в скалы уходит туннель. Его общая протяженность должна составить около 4 км, а толщина горных пород над дальним концом туннеля достигнет 2 км. По ходу туннеля располагаются экспериментальные залы - огромные искусственные пещеры и помещения меньших размеров - низкофоновые камеры. В начале туннеля, на расстоянии 550 м от входа, в первом экспериментальном зале работает установка для регистрации космических нейтрино - сцинтилляционный телескоп, созданный коллективом физиков, под руководством А.Е. Чудакова. Он расположен на глубине 300 м под скалой, что в тысячи раз ослабляет поток космических частиц, попадающих в телескоп "сверху" и не позволяет полезным сигналам утонуть в море фоновых.

Площадь телескопа 16*16 м. Он размещен в четырехэтажном здании вы- сотой 11 м и содержит более 3000 отдельных детекторов. Каждый из них - это 150 - ти литровый бак с жидким сцинтиллятором. Баки расположены

четырьмя горизонтальными слоями (по слою на этаже) и вертикальными слоями вдоль стен дома.

Быстрая заряженная частица вызывает последовательные вспышки света в нескольких баках. Световые сигналы, преобразуются в электрические импульсы и поступают в ЭВМ, которая определяет и запоминает направление полета частицы, ее скорость и т.д. Таким образом ,можно выделить мюоны, летящие из нижней полусферы, и зарегистрировать события, связанные с космическими нейтрино, на фоне других сигналов, частота которых в миллионы раз больше.

Надо отметить, что сцинтилляционный телескоп - многоцелевой прибор. На нем ведутся самые разные исследования в области астрофизики и физики элементарных частиц, в том числе и поиски нейтрино от галактических объектов.

Поток нейтрино приходящих от звезд (кроме Солнца) очень мал. Даже от - Центавра, ближайшей к нам звезды он в 10" раз меньше, чем от Солнца. Но это в том случае, когда звезда находиться в обычном “спокойном” состоянии и энергия, уносимая нейтрино, составляет 1-2% от всей излучаемой ею энергии.