Землю взвесили при помощи нейтрино

Массу нашей планеты впервые определил английский физик Генри Кавендиш еще в конце XVIII века. Для измерения он использовал крутильные весы, заключенные в деревянный кожух, чтобы убрать потенциально возможное воздействие движения воздуха.

Эксперимент Кавендиша со все более совершенной техникой повторялся до начала XXI века как минимум дюжину раз, но в основе это было все то же самое прямое измерение силы притяжения. И вот, дело дошло до принципиальных изменений методики.

Трио исследователей из CSIC-Universitat de València и Universitat de Barcelona использовало данные от нейтринного детектора IceCube в Антарктиде для измерения массы Земли. В своей статье, опубликованной в журнале Nature Physics, Андреа Донини, Серхио Паломарес-Руис и Хорди Сальвадо описывают полученные результаты.

Для расчетов было использовано количество нейтрино, зарегистрированных детектором за время его работы. В данном случае исследователей интересовали атмосферные нейтрино, рождающиеся в верхних слоях земной атмосферы при ее бомбардировке высокоэнергетическими космическими частицами, и дальше проходящие сквозь планету к детектору.

Для нейтрино Земля практически прозрачна, но иногда частицы все-таки взаимодействуют с веществом и следы этих взаимодействий улавливаются детектором.

Принципиальная схема траекторий нейтрино (слева) и их распределение по энергиям (справа)

Сегодняшнее состояние нейтринной астрономии дает возможность оценки — пока очень приблизительной — количества нейтрино, летящих в примерно нужном нам направлении, сквозь Землю к детектору. Если полагать, что проходящий поток несколько ослабляется нашей планетой, то, сопоставив то количество, которое должно быть в вакууме, с тем, которое реально регистрируется «Кубом», можно попыться оценить среднюю плотность тех слоев Земли, через которые прошли нейтрино, да и совокупную плотность тоже. Последняя неплохо известна со времен Кавендиша, а вот оценку плотности слоев его метод дать не может.

Участники работы называют свой метод «нейтринной томографией» и надеются, что по мере накопления наблюдений он сможет давать более точные результаты.

Познакомиться с результатами подробнее можно в статье, опубликованной в Nature Physics.