Κάθε δευτερόλεπτο, 100 τρισεκατομμύρια νετρίνα περνούν από το ανθρώπινο σώμα. Αυτά τα μικροσκοπικά, σχεδόν χωρίς μάζα
Τα νετρίνα είναι η γενική ονομασία του ουδέτερουθεμελιώδη σωματίδια με μισό ακέραιο σπιν, που συμμετέχουν μόνο σε ασθενείς και βαρυτικές αλληλεπιδράσεις και ανήκουν στην κατηγορία των λεπτονίων. Επί του παρόντος, είναι γνωστοί τρεις τύποι νετρίνων: νετρίνα ηλεκτρονίων, μιονίων και ταυ, καθώς και τα αντίστοιχα αντισωματίδια τους.
Τα νετρίνα παράγονται σε πολλές διαδικασίες, για παράδειγμα,κατά τη διάρκεια θερμοπυρηνικών αντιδράσεων στο εσωτερικό των άστρων και κατά τις εκρήξεις σουπερνόβα. Το πρόβλημα είναι ότι αυτά τα σωματίδια είναι απίστευτα δύσκολο να εντοπιστούν. Αυτό απαιτεί έναν μοναδικό ανιχνευτή που μπορεί να τους ανιχνεύσει.
Πού βρίσκονται τα νετρίνα;
Κατασκευή του παρατηρητηρίου νετρίνων IceCubeστον Νότιο Πόλο ολοκληρώθηκε επίσημα στις 18 Δεκεμβρίου 2010. Αναπτύχθηκε για την αναζήτηση κοσμικών νετρίνων υψηλής ενέργειας. Ο ίδιος ο ανιχνευτής αποτελείται από 5.160 οπτικούς αισθητήρες—ψηφιακές οπτικές μονάδες (DOM)—ενσωματωμένους σε ένα κυβικό χιλιόμετρο πάγου της Ανταρκτικής.
Πώς εκδηλώνεται ένα νετρίνο;
Όταν ένα νετρίνο αλληλεπιδρά με ένα μόριο πάγου,τα προκύπτοντα δευτερεύοντα φορτισμένα σωματίδια εκπέμπουν μπλε φως μέσω μιας διαδικασίας γνωστής ως ακτινοβολίας Cherenkov. Στη συνέχεια, το φως περνά μέσα από τον πάγο και μπορεί να φτάσει σε ορισμένα DOM. Ως αποτέλεσμα, οι ερευνητές ανακατασκευάζουν την ενέργεια και την κατεύθυνση του σωματιδίου. Αυτή η διαδικασία βασίζεται στη γνώση των οπτικών ιδιοτήτων του πάγου. Ωστόσο, κάποτε αυτή η εκδήλωση των νετρίνων εξέπληξε πολύ τους επιστήμονες.
Η ακτινοβολία Cherenkov είναι μια μορφή ενέργειαςη οποία μπορεί να παρατηρηθεί ως μπλε λάμψη που προκαλείται από τα φορτισμένα σωματίδια που αποτελούν τα άτομα (ηλεκτρόνια και πρωτόνια) που κινούνται σε ένα συγκεκριμένο περιβάλλον με ταχύτητες που υπερβαίνουν την ταχύτητα του φωτός.
Μοναδικό Φαινόμενο
Το 2013, οι υπάλληλοι της συνεργασίας IceCubeπαρατήρησε ένα μοναδικό φαινόμενο όπου η παρατηρούμενη φωτεινότητα της πηγής φωτός εξαρτιόταν από την κατεύθυνση του φωτός. Το φαινόμενο είναι γνωστό ως οπτική ανισοτροπία του πάγου. Μέχρι τώρα, οι ερευνητές προσπάθησαν να περιγράψουν την ανισοτροπία χρησιμοποιώντας διακυμάνσεις στην απορρόφηση και τη σκέδαση που προκαλούνται από ακαθαρσίες, αλλά χωρίς επιτυχία.
Ανισοτροπία είναι η διαφορά στις ιδιότητες ενός μέσου σε διαφορετικάοδηγίες σε αυτό το περιβάλλον· σε αντίθεση με την ισοτροπία. Σε σχέση με ορισμένες ιδιότητες, το μέσο μπορεί να είναι ισότροπο, και σε σχέση με άλλες, ανισότροπο. ο βαθμός ανισοτροπίας μπορεί επίσης να ποικίλλει.
Σε μια νέα μελέτη που δημοσιεύτηκεΣτο περιοδικό The Cryosphere, το προσωπικό του IceCube το εξήγησε. Αποδείχθηκε ότι εμφανίστηκε ως αποτέλεσμα των διπλοδιαθλαστικών ιδιοτήτων των επιμήκων κρυστάλλων πάγου, οι οποίοι κάμπτουν το φως προς δύο κατευθύνσεις. Με άλλα λόγια, χωρίς διπλή διάθλαση, το φως προέρχεται ακτινικά από μια ισότροπη πηγή φωτός και με διπλή διάθλαση αποκλίνει αργά προς τον άξονα της «ροής» του πάγου.
Εικονογράφηση που δείχνει ένα πρόσφατα ανοιγμένοοπτικό αποτέλεσμα: χωρίς διπλή διάθλαση (πάνω), το φως εκπέμπεται ακτινικά από μια ισότροπη πηγή φωτός. Με τη διπλή διάθλαση (κάτω), το φως εκτρέπεται αργά προς τον άξονα του ρεύματος πάγου.
Πίστωση: Jack Pyrin/Συνεργασία IceCube
Αυτή η ανακάλυψη χρησιμοποιήθηκε για τη δημιουργία ενός νέουοπτικό μοντέλο πάγου με βάση τη διπλή διάθλαση - SpiceBFR. Χρησιμοποιείται στη μοντελοποίηση ανιχνευτών και έχει ήδη βελτιώσει σημαντικά την ερμηνεία των μοτίβων φωτός που προκύπτουν από την αλληλεπίδραση των σωματιδίων στον πάγο.
20 χρόνια έρευνας
Το οπτικό μοντέλο πάγου που χρησιμοποιεί η συνεργασία IceCube έχει αναπτυχθεί από τις πρώτες μέρες του προηγούμενου πειράματος AMANDA.
Πείραμα AMANDA (Antarctic Muon and NeutrinoΤο Detector Array είναι μια ανταρκτική συστοιχία ανιχνευτών μιονίων και νετρίνων. Στην πραγματικότητα, πρόκειται για ένα τηλεσκόπιο νετρίνων που βρίσκεται κάτω από τον σταθμό του Νότιου Πόλου Amundsen-Scott. Το 2005, μετά από εννέα χρόνια λειτουργίας, η AMANDA έγινε επίσημα μέρος του διαδόχου έργου, του παρατηρητηρίου νετρίνων IceCube.
Για περισσότερα από 20 χρόνια, οι επιστήμονες έχουν προσθέσει νέες ανακαλύψειςστη γνωστή κατανόηση του πάγου, συμπεριλαμβανομένης της εξαφάνισης παγιδευμένων φυσαλίδων αέρα σε βάθη πολύ πάνω από τον ανιχνευτή και ότι σε βάθη, το Φύλλο πάγου του Νότιου Πόλου περιέχει τον πιο καθαρό πάγο στον πλανήτη.
Για βελτίωση σε προηγούμενες προσπάθειες περιγραφήςανισοτροπίας, οι συνεργάτες μελέτησαν προσεκτικά αυτό το φαινόμενο, ανακαλύπτοντας τη συσχέτισή του με τη βαθιά ανάπτυξη των ιδιοτήτων των κρυστάλλων πάγου. Αυτό οδήγησε τους επιστήμονες να πιστέψουν ότι οι πολλοί τυχαία επιλεγμένοι μικροί κρύσταλλοι που αποτελούν τον πάγο παίζουν ρόλο στην παρατηρούμενη ανισοτροπία.
Τι έχουν κάνει οι επιστήμονες;
Για να μελετήσουν τη φυσική, έτρεξαν προσομοιώσεις,ο οποίος μοντελοποίησε τα διαφορετικά μονοπάτια που μπορούσε να πάρει το φως μέσα στον ανιχνευτή. Στη συνέχεια συνέκριναν τα προσομοιωμένα δεδομένα με ένα μεγάλο σύνολο δεδομένων βαθμονόμησης που ελήφθη από το IceCube.
en.freepik.com
Το σύνολο δεδομένων βαθμονόμησης IceCube περιέχειδεδομένα από τις 60 000 LED με τις οποίες είναι εξοπλισμένα όλα τα DOM. Αυτά, με τη σειρά τους, εκπέμπουν διαδοχικούς παλμούς φωτός στον πάγο και στη συνέχεια χρησιμοποιούνται για τη βαθμονόμηση των οπτικών ιδιοτήτων του πάγου.
Τι ακολουθεί και γιατί είναι σημαντικό;
Η σύγκριση των δεικτών βοήθησε τους επιστήμονες να κάνουνσυμπέρασμα σχετικά με το μέσο σχήμα και μέγεθος των κρυστάλλων πάγου μέσα στο IceCube. Αυτή η συναρπαστική νέα ανακάλυψη ενθαρρύνει τη δημιουργία νέων προσομοιώσεων και την προσαρμογή των τρεχουσών μεθόδων ανακατασκευής για να ληφθεί υπόψη το μοντέλο SpiceBFR.
Η ανακάλυψη δεν θα βοηθήσει μόνο τη βελτίωση του IceCubeανακατασκευασμένες αλληλεπιδράσεις νετρίνων. Η έρευνα έχει επιπτώσεις στο πεδίο της παγετολογίας συνολικά. Όπως σημειώνουν οι συγγραφείς της νέας εργασίας, οι ιδιότητες των κρυστάλλων πάγου μελετώνται, ειδικότερα, για την κατανόηση της μηχανικής της ροής του πάγου. Αυτά τα δεδομένα μπορούν στη συνέχεια να χρησιμοποιηθούν για την πρόβλεψη της ισορροπίας μάζας της Ανταρκτικής και που προκύπτει από την άνοδο της στάθμης της θάλασσας σε ένα μεταβαλλόμενο κλίμα.
Διαβάστε περισσότερα:
Το σήμα Starlink παραβιάστηκε για να χρησιμοποιηθεί ως εναλλακτική λύση στο GPS
Η NASA αποκάλυψε την προέλευση της Haumea - του πιο μυστηριώδους πλανήτη στο ηλιακό σύστημα
Οι φυσικοί σπάνε το τυπικό κβαντικό όριο με το «Quantum Horror»
Στο εξώφυλλο: Ακτινοβολία Vavilov-Cerenkov στο ψυκτικό του ερευνητικού αντιδραστήρα ATR στο Εθνικό Εργαστήριο του Αϊντάχο. Φωτογραφία: Argonne National Laboratory