Всяка секунда 100 трилиона неутрино преминават през човешкото тяло. Тези малки, почти безмасови
Неутрино е общото наименование за неутралнофундаментални частици с полуцяло спин, участващи само в слаби и гравитационни взаимодействия и принадлежащи към класа на лептоните. Понастоящем са известни три вида неутрино: електронни, мюонни и тау неутрино, както и съответните им античастици.
Неутрино се произвеждат в много процеси, напр.по време на термоядрени реакции във вътрешността на звездите и по време на експлозии на свръхнови. Проблемът е, че тези частици са невероятно трудни за откриване. Това изисква единствен по рода си детектор, който може да ги открие.
Къде се намират неутрино?
Изграждане на обсерваторията за неутрино IceCubeна Южния полюс беше официално завършен на 18 декември 2010 г. Разработен е за търсене на високоенергийни космически неутрино. Самият детектор се състои от 5160 оптични сензора - цифрови оптични модули (DOM) - вградени в кубичен километър антарктически лед.
Как се проявява неутриното?
Когато неутрино взаимодейства с ледена молекула,получените вторично заредени частици излъчват синя светлина чрез процес, известен като лъчение на Черенков. След това светлината преминава през леда и може да достигне някои DOM. В резултат на това изследователите реконструират енергията и посоката на частицата. Този процес се основава на знания за оптичните свойства на леда. Въпреки това, след като това проявление на неутрино силно изненада учените.
Лъчението на Черенков е форма на енергиякоето може да се наблюдава като синьо сияние, причинено от заредените частици, изграждащи атомите (електрони и протони), движещи се в определена среда със скорости, превишаващи скоростта на светлината.
Уникален Феномен
През 2013 г. служителите на колаборацията IceCubeнаблюдава уникален феномен, при който наблюдаваната яркост на светлинния източник зависи от посоката на светлината. Ефектът е известен като оптична анизотропия на леда. Досега изследователите са се опитвали да опишат анизотропията, използвайки вариации в абсорбцията и разсейването, причинени от примеси, но без успех.
Анизотропията е разликата в свойствата на една среда в различнипосоки в тази среда; за разлика от изотропията. По отношение на едни свойства средата може да бъде изотропна, а по отношение на други - анизотропна; степента на анизотропия също може да варира.
В ново проучване, публикуваноВ списание The Cryosphere персоналът на IceCube го обясни. Оказа се, че се е появил в резултат на двойнопречупващите свойства на продълговати ледени кристали, които огъват светлината в две посоки. С други думи, без двойно пречупване светлината идва радиално от изотропен светлинен източник, а при двойно пречупване тя бавно се отклонява към оста на ледения „поток“.
Илюстрация, показваща новооткритоптичен ефект: без двойно пречупване (отгоре) светлината се излъчва радиално от изотропен светлинен източник. При двойно пречупване (отдолу) светлината бавно се отклонява към оста на ледения поток.
Кредит: Джак Пирин/Сътрудничество на IceCube
Това откритие е използвано за създаване на новоптичен модел на лед, базиран на двойно пречупване - SpiceBFR. Използва се при моделиране на детектори и вече е подобрило значително тълкуването на светлинни модели, които са резултат от взаимодействието на частици в лед.
20 години изследвания
Оптичният модел на лед, който сътрудничеството IceCube използва, е разработен от първите дни на предишния експеримент AMANDA.
Експеримент AMANDA (антарктически мюон и неутриноDetector Array е антарктически масив от мюонни и неутрино детектори. Всъщност това е неутринен телескоп, разположен под станцията на Южния полюс Амундсен-Скот. През 2005 г., след девет години работа, AMANDA официално стана част от проекта-наследник, обсерваторията за неутрино IceCube.
Повече от 20 години учените добавят нови откритиядо известното разбиране за леда, включително изчезването на уловени въздушни мехурчета на дълбочини доста над детектора и че на дълбочини ледената покривка на Южния полюс съдържа най-чистия лед на планетата.
За подобряване на предишни опити за описаниеанизотропия, сътрудниците внимателно проучиха този ефект, откривайки неговата връзка с дълбокото развитие на свойствата на ледените кристали. Това кара учените да вярват, че множеството случайно избрани малки кристали, които изграждат леда, играят роля в наблюдаваната анизотропия.
Какво са направили учените?
За да разследват, физиците проведоха симулации,който моделира различните пътища, които светлината може да поеме вътре в детектора. След това те сравняват симулираните данни с голям набор от данни за калибриране, взет от IceCube.
en.freepik.com
Наборът от данни за калибриране на IceCube съдържаданни от 60 000 светодиода, с които са оборудвани всички DOM. Те от своя страна излъчват последователни импулси светлина в леда и след това се използват за калибриране на оптичните свойства на леда.
Какво следва и защо е важно?
Сравнението на показателите помогна на учените да направятзаключение за средната форма и размер на ледените кристали вътре в IceCube. Това вълнуващо ново откритие насърчава създаването на нови симулации и адаптирането на настоящите методи за реконструкция за отчитане на модела SpiceBFR.
Откритието не само ще помогне на IceCube да се подобриреконструирани взаимодействия на неутрино. Изследването има значение за областта на глациологията като цяло. Както отбелязват авторите на новата работа, свойствата на ледените кристали се изучават, по-специално, за да се разбере механиката на ледения поток. След това тези данни могат да се използват за прогнозиране на масовия баланс на Антарктида и последващото покачване на морското равнище в променящия се климат.
Прочетете още:
Сигналът на Starlink е хакнат, за да се използва като алтернатива на GPS
НАСА разкри произхода на Хаумеа - най-загадъчната планета в Слънчевата система
Физиците нарушават стандартната квантова граница с „Квантов ужас“
На корицата: радиация на Вавилов-Черенков в охлаждащата течност на изследователския реактор ATR в Националната лаборатория на Айдахо. Снимка: Argonne National Laboratory