Впервые физики измерили массу планеты с помощью нейтрино, мельчайших субатомных частиц, которые проходят сквозь всю планету. Исследователи также использовали частицы, чтобы изучить, как меняется плотность планеты от коры до ядра, пишет портал Science News.
Для того, чтобы определить массу и плотность Земли, уже существует несколько способов. Например, при помощи барометра и двух физических законов – второго закона Ньютона и закона всемирного тяготения. Новый – нейтринный – способ может быть даже точнее классических, так как обеспечивают полностью независимую проверку свойств планеты. Подсчеты, сделанные с использованием данных нейтринной обсерватории IceCube, согласуются с традиционными измерениями, сообщают ученые из Института физики элементарных частиц (Instituto de Física Corpuscular, Испания) в Nature Physics. Сейчас масса Земли составляет около 6х1024 килограммов.
Нейтрино – это субатомные частицы с очень маленькой массой и нейтральным зарядом, которые участвуют в очень слабых и гравитационных взаимодействиях. Мы не можем их увидеть, их очень сложно поймать, но они окружают нас постоянно. За одну секунду через наше тело проходит 60 миллиардов нейтрино, которые посылает нам Солнце. Более того, даже свинцовая среда не помеха для этих частиц-«призраков».
Хоть масса нейтрино и очень мала, она все же есть – и определение ее играет большую роль для многих физических расчетов. Так, чтобы измерить массу Земли, испанские физики изучили высокоэнергетические нейтрино, которые были получены, когда протоны и другие энергетические частицы из космоса «врезались» в атмосферу Земли. Эти нейтрино могут проскочить сквозь всю Землю – подобно тому, как рентгеновское излучение может просканировать тело человека, – но иногда они врезаются в атомные ядра. В зависимости от того, как часто нейтрино останавливаются на своем пути, можно определить плотность материала, через который путешествуют субатомные частицы.
Нейтрино, которые поймал детектор IceCube, установленный на Южном полюсе, прибывали с разных сторон и под разными углами (на изображении справа). Они помогли исследовать различные слои Земли. Например, частицы, летящие с противоположной стороны планеты, с Северного полюса, проходят через земную кору, мантию и ядро, прежде чем достичь Южного полюса; а те частицы, что «скользят» под углом, проходят только через кору. Измеряя, сколько нейтрино прибывало с разных точек, команда физиков определила плотность различных частей Земли и общую массу планеты.
Новый способ пока что не раскрывает новых фактов о нашей планете. Но однажды он сможет помочь ученым определить, все ли масса Земли состоит из обычной материи. Возможно, часть массы занимает то, чего избегает нейтрино, – например, темной материи, «теневой» субстанции, которая, по мнению ученых, должна существовать для учета недостающей массы, наблюдаемой при измерениях других галактик.
[Изображения: Science News, Nature Physics]
