Произходът на високоенергийните неутрино са проследени 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 – за по-нататъшно разбиране на различните събития и процеси, от които са произлезли. Ние знаем за звездите и особено за слънцето чрез изучаване неутрино. Има още много да се научи за вселена и разбирането как функционират неутриното е най-важната стъпка за всеки учен, интересуващ се от физика и астрономия.
Какво представляват неутрино?
Неутриното са парообразни (и много летливи) частици с почти никаква маса, без електрически заряд и могат да преминават през всякакъв вид материя без никаква промяна в себе си. Неутрино могат да постигнат това, като издържат на екстремни условия и гъста среда като звезди, планета намлява галактики. Важна черта на неутриното е, че те никога не взаимодействат с материята в заобикалящата ги среда и това ги прави много трудни за анализ. Освен това те съществуват в три „вкуса“ – електрон, тау и мюон и превключват между тези вкусове, когато осцилират. Това се нарича феномен на „смесване“ и това е най-странната област на изследване при провеждане на експерименти с неутрино. Най-силната характеристика на неутриното е, че носят уникална информация за точния си произход. Това се дължи главно на факта, че неутриното, въпреки че са много енергийни, не притежават заряд, следователно остават незасегнати от магнитни полета с каквато и да е мощност. Произходът на неутриното не е напълно известен. Повечето от тях идват от слънцето, но малък брой, особено тези с висока енергия, идват от по-дълбоките области на пространство. Това е причината точният произход на тези неуловими скитници все още да е неизвестен и те се наричат „призрачни частици“.
Проследен произход на високоенергийно неутрино
В революционни изследвания на близнаци по астрономия, публикувани в наука, изследователите за първи път проследиха произхода на призрачна субатомна частица неутрино, която беше намерена дълбоко в леда в Антарктида, след като е пътувала 3.7 милиарда години до планета Земя1,2. Тази работа е постигната чрез сътрудничество на над 300 учени и 49 институции. Високоенергийните неутрино бяха открити от най-големия досега детектор IceCube, поставен на Южния полюс от обсерваторията за неутрино IceCube дълбоко в слоевете лед. За да постигнат целта си, 86 дупки бяха пробити в леда, всяка с дълбочина една миля и половина, и разпръснати върху мрежа от повече от 5000 светлинни сензора, като по този начин покриват обща площ от 1 кубичен километър. Детекторът IceCube, управляван от Националната научна фондация на САЩ, е гигантски детектор, състоящ се от 86 кабела, които се поставят в сондажи, стигащи 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 електронволта не беше открито успешно под ледена шапка. Тази енергия е почти 50 пъти по-голяма от енергията на протоните, които се движат през големия ускорител Хардън, който е най-мощният ускорител на частици в този планета. След като това откриване беше извършено, система в реално време методично събра и компилира данни за целия електромагнитен спектър от лаборатории на Земята и в пространство за произхода на това неутрино.
Неутриното беше успешно проследено до светлинен галактика известен като „блейзър“. Blazer е гигантски елиптичен актив галактика с две струи, които излъчват неутрино и гама лъчи. Има отличителна свръхмасивност и бързо въртене черна дупка в центъра му и на галактика се движи към Земята около скоростта на светлината. Една от струите на сакото е с пламтящ ярък характер и сочи директно към земята, което дава това галактика неговото име. Блейзърът галактика се намира вляво от съзвездието Орион и това разстояние е около 4 милиарда светлинни години от Земята. Както неутрино, така и гама лъчи бяха открити от обсерваторията, а също и от общо 20 телескопа на Земята и в пространство. Това първо проучване1 показа откриването на неутрино, а второ последващо проучване2 показа, че блейзърът галактика е произвел тези неутрино по-рано също през 2014 и 2015 г. Блейзърът определено е източник на изключително енергийни неутрино и следователно също и на космически лъчи.
Революционно откритие в астрономията
Откриването на тези неутрино е голям успех и може да даде възможност за изучаване и наблюдение на вселена 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 са обвинени, че причиняват проблеми на сателитите, комуникационните системи и т.н. За разлика от неутриното, космическите лъчи са заредени частици, така че магнитните полета продължават да влияят и променят своя път и това прави невъзможно проследяването на техния произход. Космическите лъчи са обект на изследване 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, използвана в това изследване, може да постигне по-бързи резултати и могат да бъдат направени повече откривания за разкриване на нови източници на неутрино. Това изследване, направено чрез записване на множество наблюдения и запознаване с данни в електромагнитния спектър, е от решаващо значение за по-нататъшното ни разбиране на вселена механизмите на физиката, които го управляват. Това е отлична илюстрация на астрономията с „мултимесенджър“, която използва поне два различни вида сигнали за изследване на космоса, което я прави по-мощна и точна при правенето на подобни открития възможни. Този подход е помогнал за откриването на сблъсък на неутронни звезди, а също и гравитационни вълни в близкото минало. Всеки от тези пратеници ни предоставя нови знания за вселена и мощни събития в атмосферата. Освен това може да помогне за разбирането на повече за екстремните събития, които са се случили преди милиони години, поставяйки тези частици в пътешествие към 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
***
