Korkean energian alkuperä neutriino on jäljitetty ensimmäistä kertaa, mikä ratkaisee tärkeän tähtitieteellisen mysteerin
Ymmärtääksesi ja oppiaksesi lisää energia tai ainetta, salaperäisten osaatomihiukkasten tutkiminen on erittäin tärkeää. Fyysikot tarkastelevat subatomisia hiukkasia - neutriinot – saada lisää ymmärrystä erilaisista tapahtumista ja prosesseista, joista ne ovat saaneet alkunsa. Tiedämme tähdistä ja erityisesti auringosta tutkimalla neutriinot. Siitä on niin paljon opittavaa maailmankaikkeus ja neutriinojen toiminnan ymmärtäminen on tärkein askel jokaiselle fysiikasta ja tähtitiedestä kiinnostuneelle tiedemiehelle.
Mitä ovat neutriinot?
Neutriinot ovat höyryisiä (ja erittäin haihtuvia) hiukkasia, joilla ei ole lähes mitään massaa, sähkövarausta ja ne voivat kulkea minkä tahansa aineen läpi ilman muutoksia itsessään. Neutriinot voivat saavuttaa tämän kestämään äärimmäisiä olosuhteita ja tiheitä ympäristöjä, kuten tähtiä, kone ja galaksit. Tärkeä neutriinojen piirre on, että ne eivät koskaan ole vuorovaikutuksessa ympäristönsä aineen kanssa, mikä tekee niistä erittäin haastavia analysoida. Niitä on myös kolmessa "maussa" - elektroni, tau ja myon, ja ne vaihtavat näiden makujen välillä värähteleessään. Tätä kutsutaan "sekoittumisilmiöksi" ja tämä on oudoin tutkimusalue, kun tehdään neutriinokokeita. Neutriinojen vahvin ominaisuus on, että ne sisältävät ainutlaatuista tietoa niiden tarkasta alkuperästä. Tämä johtuu pääasiassa siitä, että neutriinot ovat erittäin energisiä, mutta niillä ei ole varausta, joten ne eivät vaikuta minkään tehon magneettikentiltä. Neutriinojen alkuperää ei täysin tunneta. Suurin osa niistä tulee auringosta, mutta pieni osa, erityisesti ne, joilla on korkea energia, tulee syviltä alueilta tila. Tästä syystä näiden vaikeaselkoisten vaeltajien tarkka alkuperä oli vielä tuntematon ja heitä kutsutaan "haamuhiukkasiksi".
Korkeaenergisen neutrinon alkuperä jäljitetty
Uraauurtavassa tähtitieteen kaksoistutkimuksessa, joka julkaistiin vuonna tiede, tutkijat ovat ensimmäistä kertaa jäljittäneet aavemaisen atomihiukkasen neutrinon alkuperän, joka löydettiin syvältä jäästä Etelämantereelta sen jälkeen, kun se oli matkustanut 3.7 miljardia vuotta kone Maa1,2. Tämä työ saadaan aikaan yli 300 tutkijan ja 49 laitoksen yhteistyönä. Suurienergiset neutriinot havaittiin kaikkien aikojen suurimmalla IceCube-ilmaisimella, jonka IceCube Neutrino Observatory asensi etelänavalle syvälle jääkerroksiin. Tavoitteensa saavuttamiseksi jäähän porattiin 86 reikää, joista jokainen oli puolitoista mailia syviä, ja ne levitettiin yli 5000 valosensorin verkostoon, jolloin kokonaispinta-ala oli 1 kuutiokilometriä. Yhdysvaltain kansallisen tiedesäätiön hallinnoima IceCube-detektori on jättiläinen ilmaisin, joka koostuu 86 kaapelista, jotka on sijoitettu syvään jäähän ulottuviin porausreikiin. Ilmaisimet tallentavat erityistä sinistä valoa, joka säteilee, kun neutriino on vuorovaikutuksessa atomiytimen kanssa. Monet korkeaenergiset neutriinot havaittiin, mutta niitä ei voitu jäljittää, kunnes neutriino, jonka energia oli 300 biljoonaa elektronivolttia, havaittiin onnistuneesti jääpeitteen alta. Tämä energia on lähes 50 kertaa suurempi kuin niiden protonien energia, jotka kiertävät Large Hardon Colliderin, joka on tämän alan tehokkain hiukkaskiihdytin. kone. Kun tämä havaitseminen oli tehty, reaaliaikainen järjestelmä keräsi ja kokosi tiedot koko sähkömagneettisen spektrin laboratorioista maapallolla ja muualla. tila tämän neutrinon alkuperästä.
Neutriino jäljitettiin onnistuneesti valovoimaksi galaxy tunnetaan nimellä "bleiseri". Blazer on jättimäinen elliptinen aktiivi galaxy kahdella suihkulla, jotka lähettävät neutriinoja ja gammasäteitä. Siinä on erottuva supermassiivinen ja nopeasti pyörivä musta aukko sen keskellä ja galaxy liikkuu maata kohti valon nopeudella. Yksi bleiserin suihkuista on luonteeltaan hehkuvan kirkas ja osoittaa suoraan maahan antaen tämän galaxy sen nimi. Blazer galaxy sijaitsee Orionin tähdistön vasemmalla puolella ja tämä etäisyys Maasta on noin 4 miljardia valovuotta. Observatorio havaitsi sekä neutriinoja että gammasäteitä sekä yhteensä 20 kaukoputkea maan päällä ja vuonna tila. Tämä ensimmäinen tutkimus1 osoitti neutriinojen havaitsemisen ja toinen myöhempi tutkimus2 osoitti, että bleiseri galaxy oli tuottanut näitä neutriinoja aiemmin myös vuosina 2014 ja 2015. Blazer on ehdottomasti erittäin energisten neutriinojen ja siten myös kosmisten säteiden lähde.
Uraauurtava löytö tähtitieteessä
Näiden neutriinojen löytäminen on suuri menestys, ja se voi mahdollistaa niiden tutkimisen ja havainnoinnin maailmankaikkeus vertaansa vailla olevalla tavalla. Tiedemiehet väittävät, että tämä löytö saattaa auttaa heitä jäljittämään ensimmäistä kertaa salaperäisten kosmisten säteiden alkuperän. Nämä säteet ovat atomien fragmentteja, jotka tulevat alas aurinkokunnan ulkopuolelta valonnopeudella leimahtaen. Heitä syytetään ongelmien aiheuttamisesta satelliiteille, tietoliikennejärjestelmille jne. Toisin kuin neutriinot, kosmiset säteet ovat varautuneita hiukkasia, joten magneettikentät vaikuttavat ja muuttavat niiden reittiä, mikä tekee mahdottomaksi jäljittää niiden alkuperää. Kosmiset säteet ovat olleet tähtitieteen tutkimuksen kohteena pitkään, ja vaikka ne löydettiin vuonna 1912, kosmiset säteet ovat edelleen suuri mysteeri.
Tulevaisuudessa suuremmassa mittakaavassa neutriinoobservatorio, joka käyttää samanlaista infrastruktuuria kuin tässä tutkimuksessa, voi saavuttaa nopeampia tuloksia ja enemmän havaintoja voidaan tehdä uusien neutriinolähteiden paljastamiseksi. Tämä tutkimus, joka tehtiin tallentamalla useita havaintoja ja ottamalla tietoa sähkömagneettisen spektrin yli, on ratkaisevan tärkeä ymmärtääksemme maailmankaikkeus sitä hallitsevat fysiikan mekanismit. Se on erinomainen esimerkki "multimesenger" tähtitiedestä, joka käyttää vähintään kahta erilaista signaalia tutkiakseen kosmosta tehden siitä tehokkaamman ja tarkemman tällaisten löydösten mahdollistamisessa. Tämä lähestymistapa on auttanut löytämään neutronitähtien törmäyksen ja myös gravitaation aallot lähimenneisyydessä. Jokainen näistä sanansaattajista antaa meille uutta tietoa maailmankaikkeus ja voimakkaita tapahtumia ilmapiirissä. Se voi myös auttaa ymmärtämään enemmän miljoonia vuosia sitten tapahtuneista äärimmäisistä tapahtumista, jotka asettivat nämä hiukkaset matkalle maan päälle.
***
{Voit lukea alkuperäisen tutkimuspaperin napsauttamalla alla olevaa DOI-linkkiä lainattujen lähteiden luettelossa}
Lähteet)
1. The IceCube Collaboration et al. 2018. Multimessenger-havainnot leijuvasta blazarista, joka osui yhteen korkeaenergisen neutriinon IceCube-170922A:n kanssa. tiede. 361 (6398). https://doi.org/10.1126/science.aat1378
2. The IceCube Collaboration et al. 2018. Neutriinopäästö blazarin TXS 0506+056 suunnasta ennen IceCube-170922A-hälytystä. tiede. 361 (6398). https://doi.org/10.1126/science.aat2890
***
