في كل ثانية، يمر 100 تريليون نيوترينو عبر جسم الإنسان. هذه صغيرة، عديمة الكتلة تقريبًا
النيوترينوات هي الاسم العام للمحايدةجسيمات أساسية ذات دوران نصف عدد صحيح، تشارك فقط في التفاعلات الضعيفة والجاذبية وتنتمي إلى فئة اللبتونات. حاليًا، هناك ثلاثة أنواع من النيوترينوات معروفة: نيوترينوات الإلكترون، والميون، والتاو، بالإضافة إلى الجسيمات المضادة المقابلة لها.
يتم إنتاج النيوترينوات في العديد من العمليات، على سبيل المثال:أثناء التفاعلات النووية الحرارية في داخل النجوم وأثناء انفجارات السوبرنوفا. المشكلة هي أن هذه الجسيمات يصعب اكتشافها بشكل لا يصدق. وهذا يتطلب كاشفًا فريدًا من نوعه يمكنه اكتشافها.
أين توجد النيوترينوات؟
بناء مرصد آيس كيوب للنيوترينوفي القطب الجنوبي تم الانتهاء منه رسميًا في 18 ديسمبر 2010. وقد تم تطويره للبحث عن النيوترينوات الكونية عالية الطاقة. يتكون الكاشف نفسه من 5160 جهاز استشعار بصري - وحدات بصرية رقمية (DOMs) - موضوعة في كيلومتر مكعب من جليد القطب الجنوبي.
كيف يظهر النيوترينو نفسه؟
عندما يتفاعل النيوترينو مع جزيء الجليد،تنبعث الجسيمات المشحونة الثانوية الناتجة من الضوء الأزرق من خلال عملية تعرف باسم إشعاع شيرينكوف. ثم يمر الضوء عبر الجليد وقد يصل إلى بعض عناصر DOM. ونتيجة لذلك، قام الباحثون بإعادة بناء طاقة الجسيم واتجاهه. تعتمد هذه العملية على معرفة الخصائص البصرية للجليد. ومع ذلك، بمجرد أن فاجأ هذا المظهر من النيوترينوات العلماء إلى حد كبير.
إشعاع شيرينكوف هو شكل من أشكال الطاقةوالذي يمكن ملاحظته على شكل توهج أزرق ناتج عن تحرك الجسيمات المشحونة التي تشكل الذرات (الإلكترونات والبروتونات) في بيئة معينة بسرعات تتجاوز سرعة الضوء.
ظاهرة فريدة
في عام 2013، موظفو تعاون IceCubeلاحظت ظاهرة فريدة من نوعها حيث يعتمد السطوع المرصود لمصدر الضوء على اتجاه الضوء. يُعرف هذا التأثير باسم التباين البصري للجليد. حتى الآن، حاول الباحثون وصف تباين الخواص باستخدام الاختلافات في الامتصاص والتشتت الناجمة عن الشوائب، ولكن دون جدوى.
تباين الخواص هو الفرق في خصائص الوسط في مختلفالاتجاهات داخل هذه البيئة. على عكس النظائر. فيما يتعلق ببعض الخصائص، يمكن أن يكون الوسط متناحيًا، وفيما يتعلق بخصائص أخرى، متباين الخواص؛ قد تختلف أيضًا درجة تباين الخواص.
وفي دراسة جديدة نشرتفي مجلة Cryosphere، شرح موظفو IceCube ذلك. وتبين أنه ظهر نتيجة للخصائص ثنائية الانكسار لبلورات الجليد المطولة، والتي تعمل على ثني الضوء في اتجاهين. بمعنى آخر، بدون انكسار مزدوج، يأتي الضوء شعاعيًا من مصدر ضوئي متناحٍ، ومع الانكسار المزدوج، ينحرف ببطء نحو محور "التدفق" الجليدي.
رسم توضيحي يوضح فتحًا جديدًاالتأثير البصري: بدون انكسار مزدوج (أعلى)، ينبعث الضوء شعاعيًا من مصدر ضوء متناحٍ. ومع الانكسار المزدوج (أسفل)، ينحرف الضوء ببطء نحو محور تيار الجليد.
الائتمان: Jack Pyrin / IceCube Collaboration
تم استخدام هذا الاكتشاف لإنشاء جديدالنموذج البصري للجليد على أساس الانكسار المزدوج - SpiceBFR. يتم استخدامه في نمذجة الكاشف وقد أدى بالفعل إلى تحسين كبير في تفسير أنماط الضوء الناتجة عن تفاعل الجزيئات في الجليد.
20 عاما من البحث
لقد تم تطوير النموذج البصري للجليد الذي يستخدمه تعاون IceCube منذ الأيام الأولى لتجربة AMANDA السابقة.
تجربة أماندا (أنتاركتيكا مون ونيوترينومصفوفة الكاشف هي مصفوفة أنتاركتيكا من كاشفات الميون والنيوترينو. في الواقع ، هذا تلسكوب نيوترينو يقع تحت محطة أموندسن سكوت ساوث بول. في عام 2005 ، بعد تسع سنوات من التشغيل ، أصبحت أماندا رسميًا جزءًا من المشروع اللاحق ، مرصد النيوترينو IceCube.
لأكثر من 20 عامًا، أضاف العلماء اكتشافات جديدةإلى الفهم المعروف للجليد، بما في ذلك اختفاء فقاعات الهواء المحاصرة في أعماق أعلى بكثير من الكاشف، وأنه في الأعماق، تحتوي الطبقة الجليدية في القطب الجنوبي على أنقى جليد على الكوكب.
لتحسين المحاولات السابقة لوصففي تباين الخواص، درس المتعاونون هذا التأثير بعناية، واكتشفوا ارتباطه بالتطور العميق لخصائص بلورات الجليد. وقد دفع هذا العلماء إلى الاعتقاد بأن البلورات الصغيرة العديدة التي تم اختيارها عشوائيًا والتي تشكل الجليد تلعب دورًا في التباين المرصود.
ماذا فعل العلماء؟
للتحقيق في الأمر، أجرى الفيزيائيون عمليات محاكاة،الذي قام بتصميم المسارات المختلفة التي يمكن للضوء أن يسلكها داخل الكاشف. ثم قاموا بمقارنة البيانات التي تمت محاكاتها مع مجموعة بيانات معايرة كبيرة مأخوذة من IceCube.
en.freepik.com
تحتوي مجموعة بيانات معايرة IceCube علىالبيانات من 60000 LEDs المجهزة بجميع DOMs. وتقوم هذه بدورها بإصدار نبضات متتالية من الضوء إلى الجليد، ثم يتم استخدامها لمعايرة الخصائص البصرية للجليد.
ماذا بعد ولماذا هو مهم؟
ساعدت مقارنة المؤشرات العلماءاستنتاج حول متوسط شكل وحجم بلورات الجليد داخل IceCube. يشجع هذا الاكتشاف الجديد المثير على إنشاء عمليات محاكاة جديدة وتكييف طرق إعادة البناء الحالية لمراعاة نموذج SpiceBFR.
لن يساعد هذا الاكتشاف IceCube على التحسن فحسبتفاعلات النيوترينو المعاد بناؤها. البحث له آثار على مجال علم الجليد ككل. وكما لاحظ مؤلفو العمل الجديد، تمت دراسة خصائص بلورات الجليد، على وجه الخصوص، لفهم آليات تدفق الجليد. يمكن بعد ذلك استخدام هذه البيانات للتنبؤ بتوازن الكتلة في القطب الجنوبي وما ينتج عن ذلك من ارتفاع مستوى سطح البحر في مناخ متغير.
قراءة المزيد:
تم اختراق إشارة Starlink لاستخدامها كبديل لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS)
كشفت وكالة ناسا عن أصل كوكب هاوميا - أكثر الكواكب غموضًا في النظام الشمسي
فيزيائيون يكسرون حد الكم المعياري بـ "الرعب الكمومي"
على الغلاف: إشعاع فافيلوف-سيرينكوف في مبرد مفاعل الأبحاث ATR في مختبر أيداهو الوطني. الصورة: مختبر أرجون الوطني