地球的中微子层析成像

宇宙射线与地球大气层原子核的相互作用在各个方向上产生延伸至 TeV 能标以上的中微子通量。然而，对于能量在几 TeV 以上的中微子，地球并非完全透明的介质。在这些能量下，带电流中微子-核子截面足够大，以至于中微子在具有地球密度的介质中的平均自由程与地球直径相当。因此，当这些能量的中微子穿过地球时，存在不可忽略的被吸收概率。由于该效应取决于中微子传播的距离及其能量，研究穿过地球的 TeV 大气中微子的天顶角分布与能量分布为推断地球密度剖面提供了机会。在此，我们利用实际数据——IceCube 中微子望远镜公开的一年大气中微子贯穿缪子样本——使用中微子对地球进行层析成像。仅利用弱相互作用，我们能够确定地球的质量、其转动惯量、地核的质量，并确定地核密度高于地幔，且该方式完全独立于引力测量。我们的结果证实，使用当前的中微子探测器即可实现这一目标。这种研究地球内部结构的方法是对传统基于地震学数据的地球物理学方法的补充，它已开始提供有用的信息，并且得益于当前及未来更大的中微子探测器，随着更多统计数据的积累，它可能变得具有竞争力。