Произходът на високоенергийните неутрино е проследен за първи път, решавайки важна астрономическа мистерия.
За да разберем и научим повече за енергията или материята, изучаването на мистериозните субатомни частици е много важно. Физиците изследват субатомните частици – неутрино – за да получат по-задълбочено разбиране за различните събития и процеси, от които са произлезли. Ние знаем за звездите и по-специално за слънцето, като изучаваме неутрино . Има толкова много какво да научим за Вселената 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, почти без маса, без електрически заряд и могат да преминават през всякакъв вид материя без никаква промяна в себе си. Неутриното могат да постигнат това, като издържат на екстремни условия и плътни среди като звезди, планети и галактики . Важна характеристика на неутриното е, че те никога не взаимодействат с материята в заобикалящата ги среда и това ги прави много трудни за анализ. Също така, те съществуват в три „вкуса“ – електронен, тау и мюонен, и превключват между тези вкусове, когато осцилират. Това се нарича феномен на „смесване“ и е най-странната област на изследване при провеждане на експерименти с неутрино. Най-силната характеристика на неутриното е, че те носят уникална информация за точния си произход. Това е така, защото макар и високоенергийни, неутриното нямат заряд, следователно не се влияят от магнитни полета с каквато и да е сила. Произходът на неутриното не е напълно известен. Повечето от тях идват от слънцето, но малък брой, особено тези с високи енергии, идват от по-дълбоки области на космоса . Това е причината точният произход на тези неуловими скитници все още да е неизвестен и те да бъдат наричани „призрачни частици“.
Проследен произход на високоенергийно неутрино
В революционни двойни изследвания в астрономията, публикувани в Science , изследователи за първи път проследиха произхода на призрачно субатомно неутрино, открито дълбоко в леда в Антарктика, след като е пътувало 3.7 милиарда години до планетата Земя1,2 . Тази работа е постигната чрез сътрудничество между над 300 учени и 49 институции. Високоенергийни неутрино бяха открити от най-големия досега детектор IceCube, инсталиран на Южния полюс от обсерваторията IceCube Neutrino, дълбоко в слоевете лед. За да постигнат целта си, в леда бяха пробити 86 дупки, всяка с дълбочина от миля и половина, и разпръснати в мрежа от над 5000 светлинни сензора, като по този начин покриха обща площ от 1 кубичен километър. Детекторът IceCube, управляван от Националната научна фондация на САЩ, е гигантски детектор, състоящ се от 86 кабела, поставени в сондажи, простиращи се до дълбок лед. Детекторите регистрират специалната синя светлина, която се излъчва, когато неутрино взаимодейства с атомно ядро. Много високоенергийни неутрино бяха открити, но те бяха непроследими, докато неутрино с енергия от 300 трилиона електронволта не беше успешно открито под ледена шапка. Тази енергия е почти 50 пъти по-голяма от енергията на протоните, които преминават през Големия Хардън Колайдер, който е най-мощният ускорител на частици на тази 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 космоса относно произхода на това неутрино.
Неутриното беше успешно проследено до светеща галактика, известна като „Блейзър“. Блейзър е гигантска елиптична активна галактика с две струи, които излъчват неутрино и гама-лъчи. В центъра ѝ се намира отличителна свръхмасивна и бързо въртяща се черна дупка , а галактиката се движи към Земята със скоростта на светлината. Една от струите на Блейзъра е с ярко ярък характер и сочи директно към Земята, давайки името на тази галактика . Галактиката Блейзър се намира вляво от съзвездието Орион и това разстояние е около 4 милиарда светлинни години от Земята. Както неутрино, така и гама-лъчи са били засечени от обсерваторията, както и от общо 20 телескопа на Земята и в космоса . Това първо проучване1 показа откриването на неутрино, а второ последващо проучване2 показа, че галактиката Блейзър е произвела тези неутрино по-рано, също през 2014 и 2015 г. Блейзър определено е източник на изключително енергични неутрино и следователно 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 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 идват на Земята отвън на Слънчевата система, пламтящи със скоростта на светлината. Те са обвинявани за причиняване на проблеми на спътници, комуникационни системи и др. За разлика от неутриното, космическите лъчи са заредени частици, следователно магнитните полета непрекъснато влияят и променят пътя им, което прави невъзможно проследяването на произхода им. Космическите лъчи са обект на изследвания в астрономията от дълго време и въпреки че са открити през 1912 г., космическите лъчи остават голяма загадка.
В бъдеще, неутринна обсерватория в по-голям мащаб, използваща подобна инфраструктура като използваната в това проучване, може да постигне по-бързи резултати и да могат да се направят повече засичания, за да се разкрият нови източници на неутрино. Това проучване, проведено чрез записване на множество наблюдения и вземане на предвид на данни от целия електромагнитен спектър, е от решаващо значение за по-нататъшното ни разбиране на Вселената и механизмите на физиката, които я управляват. Това е отлична илюстрация на „многопратената“ астрономия, която използва поне два различни вида сигнали, за да изследва Космоса, което я прави по-мощна и точна при осъществяването на подобни открития. Този подход е помогнал за откриването на сблъсъци на неутронни звезди, както и на гравитационни вълни в близкото минало. Всеки от тези пратеници ни предоставя нови знания за Вселената и мощните събития в атмосферата. Също така, това може да помогне за по-доброто разбиране на екстремните събития, случили се преди милиони години, отправяйки тези частици към Земята.
***
Източник (и)
1. The IceCube Collaboration et al. 2018. Многоканални наблюдения на пламтящ блазар, съвпадащ с високоенергийното неутрино IceCube-170922A. Science . 361(6398). https://doi.org/10.1126/science.aat1378
2. The IceCube Collaboration et al. 2018. Емисия на неутрино от посоката на блазара TXS 0506+056 преди тревогата IceCube-170922A. Science . 361(6398). https://doi.org/10.1126/science.aat2890
***
