Японські, американські та китайські дослідники опублікували результати вимірювань у Японії в журналі Nature. З даних можна зрозуміти, скільки радіоактивного матеріалу знаходиться в ядрі Землі. На першому етапі вимірювання підтвердили оцінки на сьогодні. На основі пізніших, більш точних вимірювань, також можна буде вибирати між моделями Землі, які відрізняються одна від одної досить кількома деталями.

архів

Значна частина тепла, що витікає із земного ядра, походить від розпаду там радіоактивних елементів. З глибин бл. 30-44 терават (терават = трильйон ват) теплової потужності, в якій внесок випромінюючого калію, урану та торію оцінюється в 19 терават, а решта енергії в інших процесах, наприклад утворюються при кристалізації. Під час перетворення згаданих радіоактивних елементів утворюються електронні антинейтрино, кількість яких виміряно, з яких можна визначити кількість випромінюючої речовини.

Нейтрино - це нейтральні, дуже легкі частинки. Вони мають три види - електрон, мюон і нейтрино тау, і, звичайно, кожен має пару античастинок. В останнє десятиліття було доведено, що різновиди нейтрино можуть перетворюватися один на одного, що показало, що вони взагалі мають масу. Вони здатні проникати у величезну кількість речовини навіть по всій Землі без взаємодії, тому їх надзвичайно важко виявити та виявити. У величезних детекторах лише незначна їх частка подає сигнал про себе.

Збір даних проводився в Японії за допомогою детектора KamLAND (рідкий сцинтилятор Kamioka Anti-Neutrino Detector) у шахті на глибині одного кілометра під поверхнею. Душа вимірювальної системи - це сцинтиляційний детектор з діаметром тринадцять метрів у тисячу тонн. У детекторі антинейтрино іноді захоплюється протоном, з якого протон перетворюється на нейтрон, а потім цей нейтрон поєднується з протоном у дейтерій (важкий водень), що супроводжується гамма-випромінюванням. Гамма-випромінювання викликає спалах світла у прозорій воді, яка заповнює половину 50 000-тонного резервуара - сцинтиляції, також відомої як детектор. 11 146 світлочутливих фотоелектронних помножувальних ламп чекають на спалах, і тоді на їх виході з'являється електричний імпульс. З цього дуже схематичного резюме також видно, що виявлення нейтрино є основною проблемою для фізиків-експериментаторів.

Протягом двох років безперервного збору даних було записано 152 сигнали, які могли походити від геонейтрино. Після ретельного аналізу, підрахувавши всі тривожні події та явища, 20-25 подій було повернуто лише до появи геонейтрино. На основі відомих характеристик ядерно-фізичних процесів була розрахована потужність 16 терават, що добре узгоджується з оцінкою в 19 терават. Збіг особливо хороший, коли ми також враховуємо, що детектор не може виявити та підрахувати антинейтрино від розкладу калію, оскільки у них занадто мало енергії для них. Дослідники також встановили верхню межу: вони з 99-відсотковою впевненістю заявили, що теплова потужність від розпаду урану та торію не може перевищувати 60 терават.

Лабораторія KamLAND продовжить збирати дані, а наступного року система вимірювання нейтрино лабораторії Гран-Сассо також запрацює в центральній Італії. Якщо додаткові детектори нейтрино почнуть вимірювати геонейтрино, буде виявлятися не лише кількість променистого матеріалу в глибині, а й його просторовий розподіл. Поки що у нас немає іншого точного способу отримати інформацію про склад і структуру найглибшого ядра нашої планети, процеси, що там відбуваються. Нам потрібно оцінити кілька десятків нейтрино, які закінчать свою кар’єру в наших детекторах.