Didelės energijos ištakos neutrinas buvo atsekti pirmą kartą, išsprendžiant svarbią astronominę paslaptį
Norėdami suprasti ir sužinoti daugiau energija arba materija, paslaptingų subatominių dalelių tyrimas yra labai svarbus. Fizikai žiūri į subatomines daleles neutrinai – geriau suprasti įvairius įvykius ir procesus, iš kurių jie kilo. Apie žvaigždes ir ypač saulę sužinome studijuodami neutrinai. Yra tiek daug daugiau, ką galima sužinoti apie visata ir suprasti, kaip veikia neutrinai, yra svarbiausias žingsnis kiekvienam mokslininkui, besidominčiam fizika ir astronomija.
Kas yra neutrinai?
Neutrinai yra garinės (ir labai lakios) dalelės, beveik neturinčios masės, neturinčios elektros krūvio ir galinčios prasiskverbti per bet kokio tipo medžiagas be jokių pakitimų. Neutrinai gali tai pasiekti atlaikydami ekstremalias sąlygas ir tankią aplinką, pavyzdžiui, žvaigždes, planeta bei galaktikos. Svarbus neutrinų bruožas yra tai, kad jie niekada nesąveikauja su aplinkoje esančia medžiaga, todėl juos labai sunku analizuoti. Be to, jie egzistuoja trijų „skonių“ – elektronų, tau ir miuonų – ir keičiasi tarp šių skonių, kai jie svyruoja. Tai vadinama „maišymosi“ reiškiniais ir tai yra keisčiausia tyrimo sritis atliekant eksperimentus su neutrinais. Stipriausios neutrinų savybės yra tai, kad jie turi unikalią informaciją apie tikslią jų kilmę. Taip yra daugiausia todėl, kad neutrinai yra labai energingi, tačiau neturi jokio krūvio, todėl jų neveikia jokios galios magnetiniai laukai. Neutrinų kilmė nėra visiškai žinoma. Dauguma jų yra iš saulės, tačiau nedidelis skaičius, ypač turinčių didelę energiją, yra iš gilesnių regionų erdvė. Dėl šios priežasties tiksli šių nepagaunamų klajoklių kilmė vis dar nebuvo žinoma ir jie vadinami „vaiduoklio dalelėmis“.
Atsekta didelės energijos neutrino kilmė
Paskelbtuose novatoriškuose dvynių astronomijos tyrimuose Mokslas, mokslininkai pirmą kartą atskleidė vaiduokliškos subatominės dalelės neutrino kilmę, kuri buvo rasta giliai Antarktidoje po 3.7 mlrd. planeta Žemė1,2. Šis darbas atliktas bendradarbiaujant daugiau nei 300 mokslininkų ir 49 institucijoms. Didelės energijos neutrinai buvo aptikti didžiausiu visų laikų IceCube detektoriumi, kurį Pietų ašigalyje sukūrė IceCube Neutrino observatorija giliai į ledo sluoksnius. Norint pasiekti savo tikslą, lede buvo išgręžtos 86 skylės, kurių kiekviena buvo pusantro mylios gylio, ir paskleista daugiau nei 5000 šviesos jutiklių tinkle, taip apimdama bendrą 1 kubinio kilometro plotą. „IceCube“ detektorius, valdomas JAV nacionalinio mokslo fondo, yra milžiniškas detektorius, susidedantis iš 86 kabelių, įvestų į gręžinius, besitęsiančius iki gilaus ledo. Detektoriai fiksuoja specialią mėlyną šviesą, kuri skleidžiama neutrinui sąveikaujant su atomo branduoliu. Buvo aptikta daug didelės energijos neutrinų, tačiau jų nepavyko atsekti, kol po ledo dangteliu buvo sėkmingai aptiktas neutrinas, kurio energija siekė 300 trilijonų elektronų voltų. Ši energija yra beveik 50 kartų didesnė nei protonų, kurie cikliškai juda per didelį Hardono greitintuvą, kuris yra galingiausias dalelių greitintuvas. planeta. Kai šis aptikimas buvo atliktas, realaus laiko sistema metodiškai rinko ir kaupė duomenis apie visą elektromagnetinį spektrą iš laboratorijų Žemėje ir erdvė apie šio neutrino kilmę.
Neutrinas buvo sėkmingai atsektas iki šviečiančiojo galaktika žinomas kaip „bliuzonas“. Blazer yra milžiniškas elipsinis aktyvus galaktika su dviem purkštukais, kurie skleidžia neutrinus ir gama spindulius. Jis pasižymi išskirtiniu supermasyviu ir greitai sukasi Juodoji skylė jos centre ir galaktika juda link Žemės šviesos greičiu. Vienas iš švarkelio purkštukų yra labai ryškus ir nukreiptas tiesiai į žemę. galaktika jo vardas. Blazeris galaktika yra į kairę nuo Oriono žvaigždyno ir šis atstumas nuo Žemės yra maždaug 4 milijardai šviesmečių. Ir neutrinus, ir gama spindulius aptiko observatorija, taip pat iš viso 20 teleskopų Žemėje ir erdvė. Šis pirmasis tyrimas1 parodė neutrinų aptikimą, o antrasis tolesnis tyrimas2 parodė, kad švarkas galaktika buvo gaminęs šiuos neutrinus anksčiau, taip pat 2014 ir 2015 m. Blazeris tikrai yra itin energingų neutrinų, taigi ir kosminių spindulių, šaltinis.
Novatoriškas atradimas astronomijoje
Šių neutrinų atradimas yra didžiulė sėkmė ir gali padėti ištirti bei stebėti visata neprilygstamu būdu. Mokslininkai teigia, kad šis atradimas gali padėti jiems pirmą kartą atsekti paslaptingų kosminių spindulių kilmę. Šie spinduliai yra atomų fragmentai, kurie patenka į Žemę iš už Saulės sistemos ribų, liepsnojantys šviesos greičiu. Jie kaltinami sukėlus problemas palydovams, ryšių sistemoms ir kt. Priešingai nei neutrinai, kosminiai spinduliai yra įkrautos dalelės, todėl magnetiniai laukai nuolat veikia ir keičia jų kelią, todėl neįmanoma atsekti jų kilmės. Kosminiai spinduliai ilgą laiką buvo astronomijos tyrimų objektas ir, nors jie buvo atrasti 1912 m., kosminiai spinduliai tebėra didelė paslaptis.
Ateityje didesnio masto neutrinų observatorija, naudojanti panašią infrastruktūrą, kaip ir šiame tyrime, gali pasiekti greitesnių rezultatų ir gali būti atlikta daugiau aptikimų, siekiant atskleisti naujus neutrinų šaltinius. Šis tyrimas, atliktas registruojant kelis stebėjimus ir imant duomenis visame elektromagnetiniame spektre, yra labai svarbus siekiant geriau suprasti visata ją valdantys fizikos mechanizmai. Tai puiki „multimesenger“ astronomijos iliustracija, kuri naudoja mažiausiai dviejų skirtingų tipų signalus, kad ištirtų kosmosą, todėl tokie atradimai tampa galingesni ir tikslesni. Šis metodas padėjo atrasti neutroninių žvaigždžių susidūrimą ir taip pat gravitacinės bangos netolimoje praeityje. Kiekvienas iš šių pasiuntinių suteikia mums naujų žinių apie visata ir galingi įvykiai atmosferoje. Be to, tai gali padėti daugiau suprasti apie ekstremalius įvykius, įvykusius prieš milijonus metų, dėl kurių šios dalelės nukeliauja į Žemę.
***
Šaltiniai)
1. „IceCube Collaboration“ ir kt. 2018 m. Daugiašalių pranešimų siuntimo stebėjimai, kai liepsnojantis blazaras sutampa su didelės energijos neutrinu IceCube-170922A. Mokslas. 361 straipsnio 6398 dalį. https://doi.org/10.1126/science.aat1378
2. „IceCube Collaboration“ ir kt. 2018 m. Neutrinų emisija blazaro TXS 0506+056 kryptimi prieš IceCube-170922A įspėjimą. Mokslas. 361 straipsnio 6398 dalį. https://doi.org/10.1126/science.aat2890
***
