Произходът на високоенергийното неутрино е проследен за първи път, решавайки важна астрономическа мистерия
За да разберете и научите повече енергия или материята, изследването на мистериозните субатомни частици е много важно. Физиците разглеждат субатомните частици - неутрино – да придобият по-нататъшно разбиране на различните събития и процеси, от които произлизат. Ние знаем за звездите и особено за слънцето, като изучаваме неутрино. Има още толкова много неща, които трябва да се научат за Вселената и разбирането как функционират неутриното е най-важната стъпка за всеки учен, който се интересува от физика и астрономия.
Какво представляват неутрино?
Neutrinos are vaporous (and very volatile) particles with almost no mass, no electric charge and they can pass through any type of matter without any alteration in themselves. Neutrinos can achieve this by withstanding extreme conditions and dense environments like stars, planet and galaxies. An important trait of neutrinos is that they never interact with the matter in their surroundings and this makes them very challenging to analyse. Also, they exist in three “flavours” – electron, tau and muon and they switch between these flavours when they are oscillating. This is called the “mixing” phenomena and this is the strangest area of study when conducting experiments on neutrinos. The strongest characteristics of neutrinos is that they carry unique information about their exact origin. This is mainly because neutrinos are though highly energetic, they possess no charge therefore they remain unaffected by magnetic fields of any power. The origin of neutrinos is not completely known. Most of them come from the sun but a small number especially the ones having high energies come from deeper regions of space. This is the reason that the exact origin of these elusive wanderers was still unknown and they are referred to as “ghost particles”.
Проследен произход на високоенергийно неутрино
В революционни изследвания на близнаци по астрономия, публикувани в наука, изследователите за първи път проследиха произхода на призрачно неутрино от субатомни частици, което беше открито дълбоко в лед в Антарктида, след като пътува 3.7 милиарда години до планетата Земя1,2. Тази работа е постигната чрез сътрудничество на над 300 учени и 49 институции. Високоенергийните неутрино бяха открити от най-големия детектор IceCube, създаден на Южния полюс от IceCube Neutrino Observatory дълбоко в слоевете лед. За да постигнат целта си, 86 дупки бяха пробити в лед, всяка една и половина мили дълбоки, и разпръснати в мрежа от повече от 5000 светлинни сензора, като по този начин покриха обща площ от 1 кубичен километър. Детектор IceCube, управляван от Националната научна фондация на САЩ, е гигантски детектор, състоящ се от 86 кабела, които са поставени в сондажи, простиращи се до дълбок лед. Детекторите записват специалната синя светлина, която се излъчва, когато неутрино взаимодейства с атомно ядро. Бяха открити много високоенергийни неутрино, но те бяха непроследими, докато неутрино с енергия от 300 трилиона електрон волта не беше открито успешно под ледената шапка. Тази енергия е почти 50 пъти по-голяма от енергията на протоните, които преминават през Големия хардонов колайдер, който е най-мощният ускорител на частици на тази планета. След като това откриване беше направено, система в реално време методично събираше и компилира данни за целия електромагнитен спектър от лаборатории на Земята и в космоса за произхода на това неутрино.
Неутриното беше успешно проследено обратно до светеща галактика, известна като „блейзър“. Blazer е гигантска елипсовидна активна галактика с две струи, които излъчват неутрино и гама лъчи. Тя има отличителна свръхмасивна и бързо въртяща се черна дупка в центъра си и галактиката се движи към Земята със скоростта на светлината. Една от струите на блейзъра е с пламтящ ярък характер и насочва директно към Земята, давайки името на тази галактика. Галактиката Блейзър се намира вляво от съзвездието Орион и това разстояние е на около 4 милиарда светлинни години от Земята. И неутрино, и гама лъчи бяха открити от обсерваторията, а също и общо 20 телескопа на Земята и в космоса. Това първо проучване1 показа откриването на неутрино, а второ следващо проучване2 показа, че галактиката Блейзър е произвела тези неутрино по-рано също през 2014 и 2015 г. Блейзърът определено е източник на изключително енергични неутрино и следователно на космически лъчи.
Революционно откритие в астрономията
Откриването на тези неутрино е голям успех и може да даде възможност за изучаване и наблюдение на Вселената по несравним начин. Учените заявяват, че това откритие може да им помогне да проследят за първи път произхода на мистериозните космически лъчи. Тези лъчи са фрагменти от атоми, които слизат на Земята извън Слънчевата система, пламтящи със скоростта на светлината. Те се обвиняват, че причиняват проблеми на сателитите, комуникационните системи и т.н. За разлика от неутрино, космическите лъчи са заредени частици, така че магнитните полета продължават да влияят и променят пътя им и това прави невъзможно да се проследи произходът им. Космическите лъчи са били обект на изследвания в астрономията от дълго време и въпреки че са открити през 1912 г., космическите лъчи остават голяма мистерия.
В бъдеще обсерватория за неутрино в по-голям мащаб, използваща подобна инфраструктура, както се използва в това изследване, може да постигне по-бързи резултати и могат да бъдат направени повече откривания за разкриване на нови източници на неутрино. Това проучване, извършено чрез записване на множество наблюдения и отчитане на данни в електромагнитния спектър, е от решаващо значение за по-нататъшното ни разбиране на Вселената и механизмите на физиката, които я управляват. Това е главна илюстрация на астрономията с „мултимеседжър“, която използва поне два различни типа сигнал за изследване на космоса, което го прави по-мощен и точен при правенето на подобни открития възможни. Този подход помогна да се открият сблъсъци на неутронни звезди, а също и гравитационни вълни в близкото минало. Всеки от тези пратеници ни предоставя нови знания за Вселената и мощни събития в атмосферата. Също така, той може да помогне за разбирането на повече за екстремните събития, случили се преди милиони години, излагайки тези частици, за да направят своето пътуване до Земята.
***
{Можете да прочетете оригиналната изследователска статия, като щракнете върху връзката DOI, дадена по-долу в списъка с цитирани източници}
Източник (и)
1. IceCube Collaboration и др. 2018. Multimessenger наблюдения на пламнал блазар, съвпадащ с високоенергийно неутрино IceCube-170922A. наука. 361 (6398). https://doi.org/10.1126/science.aat1378
2. IceCube Collaboration и др. 2018 г. Излъчване на неутрино от посоката на блазар TXS 0506+056 преди сигнала IceCube-170922A. наука. 361 (6398). https://doi.org/10.1126/science.aat2890
***
