Космически неутрино потвърдени на Южния полюс

Илюстрация, показваща едно от най-енергийните неутринни събития от това изследване, насложено върху изглед към лабораторията IceCube на Южния полюс. Доказателствата за неутрино предвещават нова форма на астрономия.

Илюстрация, показваща едно от най-енергийните неутринни събития от това изследване, насложено върху изглед към лабораторията IceCube на Южния полюс. Изображение чрез Университета на Уисконсин


Изследователи от Южния полюс-използвайки детектор на частици с кубичен километър, вграден в антарктическия лед-казват, че са предоставили независимо потвърждение за наблюдение на космически неутрино през 2013 г. Смята се, че тези свръхвисоки енергийни частици са преминали през пространството безпрепятствено от звезди, планети, галактики, магнитни полета или облаци междузвезден прах, преди да бъдат открити от обсерваторията IceCube Neutrino на Южния полюс. Дали този телескоп всъщност е открил неутрино? Не. Той откри вторични частици - т.нармюони- създадени в редките случаи, когато неутрино взаимодействат с материята. Все пак това е страхотно изследване,публикуванина 20 август 2015 г. в списаниетоПисма за физически преглед.

Има някои изключително готини аспекти на това далечно южно изследване. Телескопът на Южния полюс например е различен от всеки друг на Земята. Неутринската обсерватория IceCube се състои от хиляди оптични сензори, потънали дълбоко под антарктическия лед. Той е проектиран дапогледнете през Земятада наблюдава небето на Северното полукълбо. По този начин Земята действа като филтър, който помага да се премахне объркващ фон от мюони, създадени, когато космическите лъчи се разбият в земната атмосфера. Франсис Халцен, университет от Уисконсин, Медисън, професор по физика и главен изследовател на IceCube, каза:


Търсенето на мюонни неутрино, достигащи до детектора през Земята, е начинът, по който IceCube е трябвало да прави неутринна астрономия и го е постигнал. Това е възможно най -близо до независимо потвърждение, колкото човек може да получи с уникален инструмент.

Самите космически неутрино също са толкова завладяващи, колкото и неуловими. Физиците наричатпризрачни частици. Те преминават точно през най -плътните земни вещества, сякаш тези вещества ги няма. Също така, за разлика от повечето субатомни частици, неутрините нямат електрически заряд, така че не могат да бъдат уловени с помощта на електрически или магнитни сили. Накратко, те са много трудни за откриване.

Тези изследователи казаха, че трябва да сортират милиардите субатомни частици, които всяка година преминават през обсерваторията на IceCube Neutrino, за да събират данни, потвърждаващи наблюдението на неутрино през 2013 г. Те откриха 21 ултра високоенергийнамюони, създадени в неутринни взаимодействия. Колаборацията IceCube нарече данните „недвусмислен сигнал“ за космическите неутрино.

Художествената концепция за неутрино в космоса. Те проникват във всичко, през цялото време. Изображение чрез jovianarc

Концепцията на художника за неутрино в космоса. Те проникват във всичко, през цялото време. Изображение чрезjovianarc


Защо да търсите неутрино? Високоенергийните неутрино са неустоимо за учените, които вярват, че са създадени дълбоко в някои от най-насилствените явления на Вселената. Според UW-Madisonизявление:

Доказателствата са важни, защото предвещават нова форма на астрономия, използваща неутрино, почти безмасовите частици с висока енергия, генерирани в ускорителите на природата: черни дупки, масивни експлодиращи звезди и енергийните ядра на галактиките.

Частиците, създадени в тези събития, включително неутрино и космически лъчи, се ускоряват до енергийни нива, които надвишават рекордно големите земни ускорители като Големия адронен колайдер (LHC) с фактор повече от милион.

Те са ценени от астрофизиците, защото информацията, която държат, е девствена, непроменена, тъй като частиците пътуват милиони светлинни години между техните източници и Земята. Способността да се изучават неутрино с най-висока енергия обещава вникване в множество проблеми във физиката, включително как природата изгражда мощни и ефективни ускорители на частици във Вселената.


Между май 2010 г. и май 2012 г. IceCube регистрира повече от 35 000 неутрино. Въпреки това, само около 20 от тези неутринни събития са регистрирани на енергийни нива, показателни за астрофизични или космически източници.

Първото използване на камера с водородни балончета за откриване на неутрино, на 13 ноември 1970 г. Неутрино удари протона във водороден атом. Сблъсъкът е станал на мястото, където три следи излъчват вдясно от снимката.

Първото използване на камера с водородни балончета за откриване на неутрино, на 13 ноември 1970 г. Неутрино удари протона във водороден атом. Сблъсъкът е станал на мястото, където три следи излъчват вдясно от снимката.

Те казват, че новите резултати са смислени, защото, използвайки различна техника, те потвърдиха отново способността на обсерваторията IceCube да взема проби от подобни на призраци неутрино:

Инструментирайки кубически километър дълбок антарктически лед, учените успяха да направят детектор достатъчно голям, за да уловят подписа на редкия сблъсък на неутрино. Когато се случи това рядко разбиване, той създава муон, който от своя страна оставя следа от черенковска светлина, която вярно отразява траекторията на неутриното. „Оптичните звукови бумове“, създадени, когато неутрино се разбиват в друга частица, се усещат от оптичните сензори, които съставляват масива от детектори IceCube и на теория могат да се използват за насочване обратно към източник.


Но-въпреки че новите наблюдения потвърждават съществуването на астрофизични неутрино и средствата за тяхното откриване с помощта на обсерваторията IceCube-реалните точкови източници на високоенергийни неутрино остават да бъдат идентифицирани.

С други думи, изследователите все още не са успели да определят източниците на неутрино.

Албрехт Карле, професор по физика в UW-Madison и старши автор на доклада Physical Review Letters, отбелязва, че макар неутрално индуцираните записи, записани от детектора IceCube, да имат добра насочваща разделителна способност, в рамките на по-малко от градус, екипът на IceCube има не е наблюдаван значителен брой неутрино, произтичащи от всеки един източник.

Наблюдаваните при последното търсене неутрино имат нива на енергия, идентични с тези, наблюдавани, когато обсерваторията взема проби от небето на Южното полукълбо. Това, казва Карле, предполага, че много от потенциалните източници на неутрино с най-висока енергия са генерирани извън Млечния път. Ако имаше значителен брой източници в нашата собствена галактика, отбелязва той, детекторът IceCube щеше да светне, когато наблюдава равнината на нашата галактика-областта, където вероятно ще бъдат открити повечето източници, генериращи неутрино. Карле добави:

Равнината на галактиката е там, където са звездите. Това е мястото, където космическите лъчи се ускоряват, така че можете да очаквате да видите повече източници там. Но най-енергийните неутрино, които сме наблюдавали, идват от случайни посоки.

Това е звуково потвърждение, че откритието на космически неутрино отвъд нашата галактика е реално.

В крайна сметка: Университетът на Уисконсин, Медисън, обяви този месец, че неговите изследователи на Южния полюс са помогнали за потвърждаването на откриването на космически неутрино, използвайки обсерваторията IceCube Neutrino.