Витоки високої енергії нейтрино були простежені вперше, розгадавши важливу астрономічну таємницю
Щоб зрозуміти і дізнатися більше енергія або матерії, вивчення таємничих субатомних частинок є дуже важливим. Фізики дивляться на субатомні частинки - нейтрино – отримати подальше розуміння різних подій і процесів, з яких вони виникли. Ми знаємо про зірки і особливо про сонце, вивчаючи нейтрино. Є так багато чого ще, щоб дізнатися про всесвіт і розуміння принципу функціонування нейтрино є найважливішим кроком для будь-якого вченого, який цікавиться фізикою та астрономією.
Що таке нейтрино?
Нейтрино — це пароподібні (і дуже леткі) частинки, які майже не мають маси та електричного заряду, і вони можуть проходити через будь-який тип матерії без будь-яких змін у собі. Нейтрино можуть досягти цього, витримуючи екстремальні умови та щільне середовище, як-от зірки, планета та галактики. Важливою властивістю нейтрино є те, що вони ніколи не взаємодіють з речовиною, що їх оточує, і це робить їх дуже складним для аналізу. Крім того, вони існують у трьох «ароматах» – електрон, тау і мюон, і вони перемикаються між цими ароматами, коли коливаються. Це називається явищем «змішування», і це найдивніша область дослідження при проведенні експериментів з нейтрино. Найсильнішою характеристикою нейтрино є те, що вони несуть унікальну інформацію про своє точне походження. Це головним чином тому, що нейтрино, хоча і мають високу енергію, не мають заряду, тому на них не впливають магнітні поля будь-якої потужності. Походження нейтрино до кінця невідоме. Більшість із них походить від сонця, але невелика кількість, особливо ті, що мають високу енергію, походять із більш глибоких регіонів простір. Це є причиною того, що точне походження цих невловимих мандрівників було досі невідомим, і їх називають «частинками-привидами».
Простежено походження нейтрино високої енергії
У новаторських дослідженнях близнюків з астрономії, опублікованих в наукаДослідники вперше простежили походження примарної субатомної частинки нейтрино, яка була знайдена глибоко в льоду в Антарктиді після того, як вона подорожувала 3.7 мільярда років до планета Земля1,2. Ця робота виконується завдяки співпраці понад 300 науковців і 49 установ. Нейтрино високої енергії було виявлено найбільшим в історії детектором IceCube, встановленим на Південному полюсі Нейтринною обсерваторією IceCube глибоко в шарах льоду. Щоб досягти своєї мети, у льоду було просвердлено 86 отворів, кожна глибиною в півтори милі, які поширилися на мережу з понад 5000 світлових датчиків, таким чином охоплюючи загальну площу в 1 кубічний кілометр. Детектор IceCube, керований Національним науковим фондом США, є гігантським детектором, що складається з 86 кабелів, які вставляються в свердловини, що простягаються до глибини льоду. Детектори реєструють спеціальне синє світло, яке випромінюється під час взаємодії нейтрино з атомним ядром. Було виявлено багато нейтрино високої енергії, але їх було неможливо відстежити, поки нейтрино з енергією 300 трильйонів електронвольт не було успішно виявлено під крижаною шапкою. Ця енергія майже в 50 разів більша за енергію протонів, які обертаються через Великий коллайдер Хардона, який є найпотужнішим прискорювачем частинок у цьому світі. планета. Після того, як це виявлення було зроблено, система в режимі реального часу методично збирала та компілювала дані для всього електромагнітного спектру з лабораторій на Землі та в простір про походження цього нейтрино.
Нейтрино було успішно відстежено до світного галактика відомий як «блайзер». Блейзер - гігантський еліптичний актив галактика з двома струменями, які випромінюють нейтрино та гамма-промені. Має характерну надмасивність і стрімке обертання Чорна діра в його центрі та галактика рухається до Землі зі швидкістю світла. Одна зі струмінь блейзера має сяючий яскравий характер і вказує прямо на землю галактика його назва. Піджак галактика знаходиться ліворуч від сузір'я Оріона і становить приблизно 4 мільярди світлових років від Землі. І нейтрино, і гамма-промені були виявлені обсерваторією, а також загалом 20 телескопами на Землі та в простір. Це перше дослідження1 показало виявлення нейтрино, а друге наступне дослідження2 показало, що блейзер галактика виробляв ці нейтрино раніше, також у 2014 та 2015 роках. Блейзер, безсумнівно, є джерелом надзвичайно енергійних нейтрино, а отже, і космічних променів.
Новаторське відкриття в астрономії
Відкриття цих нейтрино є великим успіхом, і воно може дозволити вивчати та спостерігати всесвіт неперевершеним чином. Вчені стверджують, що це відкриття може допомогти їм вперше простежити походження таємничих космічних променів. Ці промені є фрагментами атомів, які спускаються на Землю з-за меж Сонячної системи, палаючи зі швидкістю світла. Їх звинувачують у створенні проблем із супутниками, системами зв’язку тощо. На відміну від нейтрино, космічні промені є зарядженими частинками, тому магнітні поля продовжують впливати та змінювати свій шлях, і це робить неможливим відстежити їхнє походження. Космічні промені були предметом дослідження в астрономії протягом тривалого часу, і хоча вони були відкриті в 1912 році, космічні промені залишаються великою загадкою.
У майбутньому нейтринна обсерваторія у більшому масштабі з використанням подібної інфраструктури, яка використовується в цьому дослідженні, зможе досягти швидших результатів і можна буде зробити більше виявлень для виявлення нових джерел нейтрино. Це дослідження, проведене шляхом запису кількох спостережень і врахування даних по всьому електромагнітному спектру, має вирішальне значення для подальшого нашого розуміння всесвіт механізми фізики, які ним керують. Це яскрава ілюстрація астрономії «мультимесенджера», яка використовує щонайменше два різні типи сигналів для дослідження космосу, що робить його більш потужним і точним у створенні таких відкриттів. Цей підхід допоміг виявити зіткнення нейтронних зірок, а також гравітаційні хвилі в недалекому минулому. Кожен із цих месенджерів дає нам нові знання про всесвіт і потужні події в атмосфері. Крім того, це може допомогти краще зрозуміти екстремальні події, які відбулися мільйони років тому, щоб ці частинки здійснили свою подорож до Землі.
***
{Ви можете прочитати оригінальну дослідницьку роботу, натиснувши посилання DOI, наведене нижче в списку цитованих джерел(ів)}
Джерела
1. The IceCube Collaboration та ін. 2018. Спостереження за допомогою мультимесенджера за спалахуючим блазаром, що збігається з високоенергетичним нейтрино IceCube-170922A. наука. 361 (6398). https://doi.org/10.1126/science.aat1378
2. The IceCube Collaboration та ін. 2018. Випромінювання нейтрино з напрямку блазара TXS 0506+056 перед попередженням IceCube-170922A. наука. 361 (6398). https://doi.org/10.1126/science.aat2890
***
