Почему нейтринные телескопы строят очень глубоко под водой?

Нейтрино — нейтральный лептон. Отсутствие заряда означает, что траекторию нейтрино увидеть (детектировать) по ионизационному следу, или по излучению невозможно по определению. Сечение (вероятность) взаимодействия нейтрино с веществом ничтожно мало и поэтому средний свободный пробег нейтрино низких энергий (< 1 МэВ) огромный. Для воды он составляет 18 св. лет, а для свинца — 1.6 св. лет. Нейтрино МэВ-ных энергий проходят сквозь Земной шар, практически не заметив его. Однако, на радость экспериментаторам, сечения взаимодействия нейтрино с веществом растут линейно от их энергии и при больших энергиях (более 1 ТэВ) взаимодействия нейтрино становятся измеряемыми. Но тут возникают несколько проблем: 1) как измерять продукты взаимодействия нейтрино при необходимых огромных объёмах детекторов? Объёмы нужны чтобы увеличить вероятность взаимодействия нейтрино; 2) Как регистрировать в больших объёмах вторичные частицы, образованные от взаимодействия нейтрино и при этом оценивать их энергии и направление движения. 3) Как избавиться от естественного фона космических лучей (мюоны), которые с успехом имитируют взаимодействие нейтрино? Для поглощения этого фона необходимы большие толщи вещества над детекторами.

И вот здесь, весьма удобным является вода. Её на Земле очень много, она прозрачна, а значить можно регистрировать черенковский свет, вызванный вторичными частицами от нейтринных взаимодействий и главное — в воде легко установить детекторы на больших глубинах и не надо для этого копать или спускаться в глубокие подземные шахты. Примерами глубоководных измерений являются экспримент АNTARES на дне Средиземного моря и Байкальский подводный нейтринный телескоп на озере Байкал.

Есть и другие варианты. Эксперимент ICECUBE, где вместо воды используется километровая толща Антарктического льда, имеющего преимущество — поглощение черенковского света во льду меньше чем в воде. Другой вариант для исследования Солнечных нейтрино — серия знаменитых экспериментов Kamiokande — огромный бак с водой, установленный глубоко под землей. Маленькие энергии Солнечных нейтрино (меньше 10 МэВ) и соответственно малые вероятности взаимодействия, частично компенсируются огромным потоком Солнечных нейтрино на поверхности Земли — 66 млрд нейтрино в секунду на 1 см². Детали экспериментов найдёте в приведённых выше ссылках.