Augstas enerģijas pirmsākumi neitrīno ir izsekots pirmo reizi, atrisinot svarīgu astronomisku noslēpumu
Lai saprastu un uzzinātu vairāk enerģija vai matērija, noslēpumaino subatomisko daļiņu izpēte ir ļoti svarīga. Fiziķi aplūko subatomiskās daļiņas - neitrīno – iegūt plašāku izpratni par dažādiem notikumiem un procesiem, no kuriem tie ir cēlušies. Mēs zinām par zvaigznēm un jo īpaši sauli, pētot neitrīno. Ir vēl tik daudz ko uzzināt par visums un izpratne par neitrīno funkcionēšanu ir vissvarīgākais solis ikvienam zinātniekam, kurš interesējas par fiziku un astronomiju.
Kas ir neitrīni?
Neitrīni ir tvaiku (un ļoti gaistošas) daļiņas, kurām gandrīz nav masas, nav elektriskā lādiņa, un tās var iziet cauri jebkura veida vielām, pašas par sevi nemainot. Neitrīni to var sasniegt, izturot ekstremālus apstākļus un blīvu vidi, piemēram, zvaigznes, planēta un galaktikas. Svarīga neitrīno iezīme ir tā, ka tie nekad nesadarbojas ar vielu savā apkārtnē, un tas padara tos ļoti grūti analizēt. Turklāt tās pastāv trīs “garšos” – elektronu, tau un mūonu, un tās pārslēdzas starp šīm garšām, kad tās svārstās. To sauc par “sajaukšanas” fenomenu, un šī ir dīvainākā izpētes joma, veicot eksperimentus ar neitrīniem. Neitrīno spēcīgākās īpašības ir tas, ka tiem ir unikāla informācija par to precīzu izcelsmi. Tas galvenokārt notiek tāpēc, ka neitrīno ir ļoti enerģiski, taču tiem nav lādiņa, tāpēc tos neietekmē jebkādas jaudas magnētiskie lauki. Neitrīno izcelsme nav pilnībā zināma. Lielākā daļa no tiem nāk no saules, bet neliels skaits, īpaši tie, kuriem ir augsta enerģija, nāk no dziļākiem reģioniem telpa. Šī iemesla dēļ šo nenotveramo klejotāju precīza izcelsme joprojām nebija zināma un tos dēvē par “spoku daļiņām”.
Izsekota augstas enerģijas neitrīno izcelsme
gadā publicētajos revolucionārajos dvīņu pētījumos astronomijā Zinātne, pētnieki pirmo reizi ir izsekojuši spokainās subatomiskās daļiņas neitrīno izcelsmi, kas tika atrasta dziļi ledū Antarktīdā pēc tam, kad tā ceļoja 3.7 miljardus gadu planēta Zeme1,2. Šis darbs tiek veikts, sadarbojoties vairāk nekā 300 zinātniekiem un 49 iestādēm. Augstas enerģijas neitrīnos tika atklāts ar visu laiku lielāko IceCube detektoru, ko IceCube neitrīno observatorija uzstādīja Dienvidpolā dziļi ledus slāņos. Lai sasniegtu savu mērķi, ledū tika izurbti 86 caurumi, katrs pusotras jūdzes dziļumā un izkliedēti pa vairāk nekā 5000 gaismas sensoru tīklu, tādējādi aptverot kopējo platību 1 kubikkilometru. IceCube detektors, ko pārvalda ASV Nacionālais zinātnes fonds, ir milzīgs detektors, kas sastāv no 86 kabeļiem, kas ievietoti urbumos, kas stiepjas līdz dziļam ledusm. Detektori reģistrē īpašo zilo gaismu, kas izstaro, kad neitrīno mijiedarbojas ar atoma kodolu. Tika atklāti daudzi augstas enerģijas neitrīno, taču tie nebija izsekojami, līdz zem ledus vāciņa veiksmīgi tika atklāts neitrīns ar 300 triljonu elektronvoltu enerģiju. Šī enerģija ir gandrīz 50 reizes lielāka nekā protonu enerģija, kas cirkulē caur lielo Hardona paātrinātāju, kas ir visjaudīgākais daļiņu paātrinātājs. planēta. Kad šī noteikšana tika veikta, reāllaika sistēma metodiski ievāca un apkopoja datus par visu elektromagnētisko spektru no laboratorijām uz Zemes un telpa par šī neitrīno izcelsmi.
Neitrīno tika veiksmīgi izsekots līdz gaismas signālam galaktika pazīstams kā "bleizeris". Blazer ir milzīgs eliptisks aktīvs galaktika ar divām strūklām, kas izstaro neitrīno un gamma starus. Tam ir raksturīgs supermasīvs un ātri griežas melnais caurums tās centrā un galaktika virzās uz Zemi ap gaismas ātrumu. Vienai no bleizera strūklām ir kvēli spilgts raksturs, un tā ir vērsta tieši uz zemi, nodrošinot to galaktika tā vārds. Džemperis galaktika atrodas pa kreisi no Oriona zvaigznāja, un šis attālums ir aptuveni 4 miljardi gaismas gadu no Zemes. Gan neitrīnos, gan gamma starus atklāja observatorija, kā arī kopumā 20 teleskopi uz Zemes un telpa. Šis pirmais pētījums1 parādīja neitrīno noteikšanu, un otrs nākamais pētījums2 parādīja, ka žakete galaktika bija ražojis šos neitrīnus agrāk arī 2014. un 2015. gadā. Želeeris noteikti ir ārkārtīgi enerģisku neitrīno un līdz ar to arī kosmisko staru avots.
Revolucionārs atklājums astronomijā
Šo neitrīno atklāšana ir liels panākums, un tas var ļaut izpētīt un novērot visums nepārspējamā veidā. Zinātnieki apgalvo, ka šis atklājums varētu palīdzēt viņiem pirmo reizi izsekot noslēpumaino kosmisko staru pirmsākumiem. Šie stari ir atomu fragmenti, kas nokļūst uz Zemi no ārpuses Saules sistēmas un liesmo ar gaismas ātrumu. Tie tiek vainoti satelītu, sakaru sistēmu uc problēmu rašanā. Atšķirībā no neitrīno, kosmiskie stari ir lādētas daļiņas, tāpēc magnētiskie lauki turpina ietekmēt un mainīt to ceļu, un tas padara neiespējamu to izcelsmi. Kosmiskie stari jau ilgu laiku ir bijuši astronomijas pētījumu priekšmets, un, lai gan tie tika atklāti 1912. gadā, kosmiskie stari joprojām ir liels noslēpums.
Nākotnē neitrīno observatorija plašākā mērogā, izmantojot līdzīgu infrastruktūru, kāda izmantota šajā pētījumā, var sasniegt ātrākus rezultātus, un var veikt vairāk atklājumu, lai atklātu jaunus neitrīno avotus. Šis pētījums, kas veikts, reģistrējot vairākus novērojumus un pārzinot datus visā elektromagnētiskajā spektrā, ir ļoti svarīgs, lai uzlabotu mūsu izpratni par visums fizikas mehānismi, kas to regulē. Tā ir izcila "multimesenger" astronomijas ilustrācija, kas izmanto vismaz divus dažādus signālu veidus, lai izpētītu kosmosu, padarot to jaudīgāku un precīzāku, padarot iespējamus šādus atklājumus. Šī pieeja ir palīdzējusi atklāt neitronu zvaigžņu sadursmi un arī gravitācijas viļņi nesenā pagātnē. Katrs no šiem vēstnešiem sniedz mums jaunas zināšanas par visums un spēcīgi notikumi atmosfērā. Tas var arī palīdzēt vairāk izprast par ekstrēmiem notikumiem, kas notika pirms miljoniem gadu, izvirzot šīs daļiņas, lai dotos uz Zemi.
***
{Jūs varat izlasīt oriģinālo pētījumu, noklikšķinot uz DOI saites, kas norādīta tālāk citēto avotu sarakstā}
Avots (-i)
1. The IceCube Collaboration et al. 2018. gads. Uzliesmojoša blazāra novērojumi, kas veikti ar vairākiem ziņojumiem, kas sakrīt ar augstas enerģijas neitrīno IceCube-170922A. Zinātne. 361 (6398). https://doi.org/10.1126/science.aat1378
2. The IceCube Collaboration et al. 2018. gads. Neitrīno emisija no blazara TXS 0506+056 virziena pirms IceCube-170922A brīdinājuma. Zinātne. 361 (6398). https://doi.org/10.1126/science.aat2890
***
