Czy ziemia jest bombardowana równo we wszystkich kierunkach przez neutrina?

Być może trudno jest to z całą pewnością poznać, ponieważ neutrina są bardzo trudne do wykrycia, chociaż przechodzą one przez Ziemię w bardzo dużych ilościach. Ale czy przechodzą one przez Ziemię jednakowo ze wszystkich kierunków, czy naprawdę zależy to od konkretnych wydarzeń we wszechświecie. Prawdopodobnie słońce generuje ich dużo, więc być może w ciągu dnia otrzymujemy ich więcej niż w nocy. Ale czy oprócz promieniowania słonecznego neutrina pochodzą zewsząd? Czy też jest możliwe, że większość z nich pochodzi z jednego kierunku, a może nawet ma wpływ na ruch Ziemi?

Istnieją tylko dwa rodzaje źródeł neutrin, które są „wystarczająco jasne”, aby można je było niezawodnie wykryć. Słońce i pobliskie supernowe.

Źródłem neutrin słonecznych jest synteza jądrowa, która jest również źródłem większości energii gwiazdy. Neutrina również rozprzestrzeniają się we wszystkich kierunkach, więc ich intensywność jest zgodna z odwrotnym prawem kwadratowym. Ilość neutrin jest więc proporcjonalna do jasności gwiazdy. W przypadku detektorów prądu żadna gwiazda nie jest wystarczająco jasna, aby ją obserwować, z wyjątkiem słońca. Inne gwiazdy wytwarzają neutrina, a neutrina gwiezdne pochodzą zewsząd (prawdopodobnie więcej z Drogi Mlecznej), ale nie ma ich wystarczającej ilości do wykrycia.

Supernowe na drodze mlecznej i sąsiednie galaktyki wytwarzają absurdalne ilości neutrin, a szczyt neutrin zaobserwowano od SN1987A, najbliższej najnowszej supernowej.

Ponieważ słońce jest najjaśniejszym źródłem neutrin, możesz pomyśleć, że Ziemia zablokuje neutrina w nocy. Jednak neutrina przechodzą przez Ziemię prawie bez zauważenia. Ziemia jest przezroczysta dla neutrin. Dlatego wykrywamy tyle neutrin w nocy, co w ciągu dnia.

Jedno jest pewne, absolutnie nie ma to wpływu na rotację Ziemi ani nic innego z neutrin , po prostu przechodzą przez nie.

Oprócz neutrin ze Słońca i innych dyskretnych źródeł we Wszechświecie (patrz odpowiedź Jamesa) oczekuje się, że będzie kosmiczne tło neutrin . Chociaż nie zostało to jeszcze wykryte (trwają starania), jego oczekiwane właściwości są dość dobrze zrozumiałe. Neutrina „odłączają się” od wszechświata kilka sekund po Wielkim Wybuchu w temperaturach K. W miarę rozszerzania się wszechświata długość fali de Broglie tych neutrin (które nie są bezmasowe) wydłuża się wraz z nim, tak że neutrina są oczekuje się, że dzisiaj będzie miała temperaturę K. Istnieje 112 tych kosmicznych neutrin na centymetr sześcienny na smak neutrin (prawdopodobnie 3).$>10^{10}$$<2$

C B jest pod wieloma względami analogiczny do kosmicznego tła mikrofalowego, ale (a) nie został wykryty; (b) jest chłodniejszy; (c) ponieważ neutrina mają małą, ale niezerową masę, neutrina C B są dziś prawdopodobnie nierelatywistyczne .$\nu$$\nu$

Ten ostatni punkt jest ważny dla twojego pytania. W dużych skalach spodziewamy się, że tło neutrino będzie miało asymetrię z powodu ruchu Ziemi przez wszechświat w odniesieniu do poruszającego się standardu odpoczynku. Jest to dokładnie ta sama globalna asymetria dipolowa widoczna w kosmicznym tle mikrofalowym. Jednak neutrina nierelatywistyczne są również anizotropowe, ponieważ znacznie bardziej wpływają na nie pola grawitacyjne. W szczególności powinny one być skupione grawitacyjnie przez Słońce, tak aby Ziemia otrzymywała większy strumień neutrin, gdy Ziemia jest „zawietrzna” Słońca w odniesieniu do jego ruchu w stosunku do współruchomej ramy spoczynkowej. Spowoduje to roczną modulację w dowolnej bezkierunkowej amplitudzie strumienia neutrin w wysokości kilku dziesiątych procenta (Safdi i in. 2014 ) i może pozwolić na potwierdzenie wykrycia C B.$\nu$

Ponadto mogą istnieć inne anizotropie spowodowane przyspieszeniem neutrin C B przez masywne galaktyki i gromady galaktyk, które powinny sprawić, że będzie on o wiele bardziej niejednorodny i anizotropowy niż kosmiczne tło mikrofalowe. Możliwe są nadmierne gęstości w stosunku do średniej czynników 10 lub więcej (patrz sekcja 2.2 Yanagisawa 2014 ), ale zależy to dokładnie od tego, jaka jest masa neutrin.$\nu$