Kõrge energia päritolu neutriino on esimest korda jälgitud, lahendades olulise astronoomilise mõistatuse
Et mõista ja rohkem teada saada energia või mateeria, on salapäraste subatomiliste osakeste uurimine väga oluline. Füüsikud vaatlevad subatomilisi osakesi - neutrinos – saada rohkem arusaamist erinevatest sündmustest ja protsessidest, millest need alguse said. Õppides saame teada tähtedest ja eriti päikesest neutrinos. Selle kohta on veel palju õppida universum ja neutriinode toimimise mõistmine on kõige olulisem samm iga füüsikast ja astronoomiast huvitatud teadlase jaoks.
Mis on neutriinod?
Neutriinod on aurud (ja väga lenduvad) osakesed, millel pole peaaegu mingit massi, elektrilaengut ja nad võivad läbida mis tahes tüüpi aineid, ilma et need muutuksid. Neutriinod suudavad seda saavutada, taludes äärmuslikke tingimusi ja tihedaid keskkondi nagu tähed, planeet ja galaktikad. Neutriinode oluline tunnus on see, et nad ei suhtle kunagi ümbritseva ainega ja see muudab nende analüüsimise väga keeruliseks. Samuti eksisteerivad need kolmes “maitses” – elektron, tau ja müüon ning nad lülituvad nende maitsete vahel, kui nad võnkuvad. Seda nimetatakse "segamise" nähtuseks ja see on neutriinokatsete läbiviimisel kõige kummalisem uurimisvaldkond. Neutriinode tugevaim omadus on see, et nad kannavad ainulaadset teavet oma täpse päritolu kohta. Seda peamiselt seetõttu, et neutriinod on küll väga energeetilised, kuid neil puudub laeng, mistõttu ei mõjuta need igasuguse võimsusega magnetväljad. Neutriinode päritolu pole täielikult teada. Enamik neist on pärit päikesest, kuid väike osa, eriti need, millel on kõrge energia, on pärit sügavamatest piirkondadest ruum. See on põhjus, miks nende tabamatute rändurite täpne päritolu oli endiselt teadmata ja neid nimetatakse "kummitusosakesteks".
Suure energiaga neutriino päritolu on kindlaks tehtud
aastal avaldatud murrangulistes kaksikuuringutes astronoomias teadus, on teadlased esimest korda jälitanud kummitusliku subatomilise osakese neutriino päritolu, mis leiti sügavalt jääst Antarktikas pärast 3.7 miljardi aasta pikkust reisimist. planeet Earth1,2. See töö saavutatakse enam kui 300 teadlase ja 49 asutuse koostöös. Kõrge energiaga neutriinod tuvastati kõigi aegade suurima IceCube'i detektoriga, mille IceCube'i neutriinoobservatoorium rajas lõunapoolusele sügavale jääkihtidesse. Eesmärgi saavutamiseks puuriti jäässe 86 auku, millest igaüks oli pooleteise miili sügav ja mis jaotati üle 5000 valgusanduri võrgu, mis kattis kokku 1 kuupkilomeetri. IceCube'i detektor, mida haldab USA Riiklik Teadusfond, on hiiglaslik detektor, mis koosneb 86 kaablist, mis asetatakse kuni sügava jääni ulatuvatesse puuraukudesse. Detektorid salvestavad spetsiaalse sinise valguse, mis kiirgab neutriino interaktsiooni aatomituumaga. Tuvastati palju suure energiaga neutriinosid, kuid neid ei olnud võimalik jälgida, kuni jäämütsi alt tuvastati edukalt neutriino energiaga 300 triljonit elektronvolti. See energia on peaaegu 50 korda suurem kui prootonite energia, mis ringlevad läbi Large Hardon Collider, mis on selle võimsaim osakeste kiirendaja. planeet. Kui see tuvastamine oli tehtud, kogus reaalajas süsteem metoodiliselt andmeid kogu elektromagnetilise spektri kohta Maa ja teistest laboritest. ruum selle neutriino päritolu kohta.
Neutriino tuvastati edukalt helendavalt galaktika tuntud kui "bleiser". Blazer on hiiglaslik elliptiline aktiivaine galaktika kahe joaga, mis kiirgavad neutriinosid ja gammakiirgust. Sellel on omanäoline ülimassiivne ja kiiresti pöörlev must auk selle keskel ja galaktika liigub Maa poole valguse kiirusel. Üks bleiseri jugadest on lõõmavalt ereda iseloomuga ja see on suunatud otse maapinnale, andes selle galaktika selle nimi. Bleiser galaktika asub Orioni tähtkujust vasakul ja see kaugus on Maast umbes 4 miljardit valgusaastat. Nii neutriinosid kui gammakiirgust tuvastas observatoorium ja ka kokku 20 teleskoopi Maal ja aastal. ruum. See esimene uuring1 näitas neutriinode tuvastamist ja teine järgnev uuring2 näitas, et bleiser galaktika oli neid neutriinosid tootnud varem ka aastatel 2014 ja 2015. Bleiser on kindlasti äärmiselt energiliste neutriinode ja seega ka kosmiliste kiirte allikas.
Murranguline avastus astronoomias
Nende neutriinode avastamine on suur edu ja see võib võimaldada nende uurimist ja vaatlemist universum võrratul viisil. Teadlased väidavad, et see avastus võib aidata neil esimest korda jälitada salapäraste kosmiliste kiirte päritolu. Need kiired on aatomite fragmendid, mis tulevad Maale väljastpoolt Päikesesüsteemi ja leegitsevad valguse kiirusel. Neid süüdistatakse probleemide tekitamises satelliitidele, sidesüsteemidele jne. Vastupidiselt neutriinodele on kosmilised kiired laetud osakesed, mistõttu magnetväljad mõjutavad ja muudavad nende teekonda ning see muudab nende päritolu jälgimise võimatuks. Kosmilisi kiiri on astronoomias uuritud pikka aega ja kuigi need avastati 1912. aastal, on kosmilised kiired endiselt suur mõistatus.
Tulevikus võib selles uuringus kasutatud sarnast infrastruktuuri kasutav suuremahuline neutriinoobservatoorium saavutada kiiremaid tulemusi ja uute neutriinoallikate avamiseks saab teha rohkem avastusi. See uuring, mis on tehtud mitme vaatluse registreerimisega ja kogu elektromagnetilise spektri andmete mõistmisega, on ülioluline, et paremini mõista universum seda reguleerivad füüsika mehhanismid. See on suurepärane näide "multimesenger" astronoomiast, mis kasutab kosmose uurimiseks vähemalt kahte erinevat tüüpi signaali, muutes selle selliste avastuste tegemisel võimsamaks ja täpsemaks. See lähenemine on aidanud avastada neutrontähtede kokkupõrget ja ka gravitatsioonilised lained lähiminevikus. Kõik need sõnumitoojad annavad meile selle kohta uusi teadmisi universum ja võimsaid sündmusi atmosfääris. Samuti võib see aidata paremini mõista miljoneid aastaid tagasi aset leidnud äärmuslikke sündmusi, mis panevad need osakesed teekonnale Maale.
***
{Saate lugeda esialgset uurimistööd, klõpsates alltoodud allika(te) loendis DOI lingil}
Allikas (d)
1. The IceCube Collaboration et al. 2018. Põleva blasaari ja suure energiatarbega neutriino IceCube-170922A kokkulangemise mitmesaatja vaatlused. teadus. 361 lõige 6398. https://doi.org/10.1126/science.aat1378
2. The IceCube Collaboration et al. 2018. Neutriinoemissioon blasaari TXS 0506+056 suunast enne IceCube-170922A hoiatust. teadus. 361 lõige 6398. https://doi.org/10.1126/science.aat2890
***
