Joka sekunti 100 biljoonaa neutriinoa kulkee ihmiskehon läpi. Nämä pienet, lähes massattomat
Neutriinot ovat neutraalien yleisnimiPerushiukkaset, joilla on puolikokonaisluvun spin, jotka osallistuvat vain heikkoihin ja gravitaatiovuorovaikutuksiin ja kuuluvat leptonien luokkaan. Tällä hetkellä tunnetaan kolmenlaisia neutriinoja: elektroni-, myoni- ja tau-neutriinoja sekä niitä vastaavia antihiukkasia.
Neutriinoja syntyy monissa prosesseissa, mm.lämpöydinreaktioiden aikana tähtien sisällä ja supernovaräjähdyksen aikana. Ongelmana on, että näitä hiukkasia on uskomattoman vaikea havaita. Tämä vaatii ainutlaatuisen ilmaisimen, joka voi havaita ne.
Mistä neutriinoja löytyy?
IceCube-neutrinoobservatorion rakentaminenEtelänavalla valmistui virallisesti 18. joulukuuta 2010. Se kehitettiin etsimään korkeaenergisiä kosmisia neutriinoja. Itse ilmaisin koostuu 5 160 optisesta anturista – digitaalisista optisista moduuleista (DOM) – upotettuna kuutiokilometriin Etelämantereen jäätä.
Miten neutrino ilmenee?
Kun neutrino on vuorovaikutuksessa jäämolekyylin kanssa,tuloksena olevat toissijaiset varautuneet hiukkaset lähettävät sinistä valoa Tšerenkovin säteilynä tunnetun prosessin kautta. Valo kulkee sitten jään läpi ja saattaa saavuttaa joitakin DOM-kohteita. Tämän seurauksena tutkijat rekonstruoivat hiukkasen energian ja suunnan. Tämä prosessi perustuu jään optisten ominaisuuksien tuntemiseen. Kerran tämä neutriinojen ilmentymä kuitenkin yllätti tutkijat suuresti.
Cherenkov-säteily on energiamuotojoka voidaan havaita sinisenä hehkuna, jonka aiheuttavat atomien (elektronien ja protonien) muodostavat varautuneet hiukkaset, jotka liikkuvat tietyssä ympäristössä valon nopeuden ylittävällä nopeudella.
Ainutlaatuinen ilmiö
Vuonna 2013 IceCube-yhteistyön työntekijäthavaittiin ainutlaatuinen ilmiö, jossa havaittu valonlähteen kirkkaus riippui valon suunnasta. Vaikutus tunnetaan jään optisena anisotropiana. Tähän asti tutkijat ovat yrittäneet kuvata anisotropiaa käyttämällä epäpuhtauksien aiheuttamia vaihteluita absorptiossa ja sironnassa, mutta tuloksetta.
Anisotropia on ero väliaineen ominaisuuksissa eri aineissasuuntiin tässä ympäristössä; toisin kuin isotropia. Joidenkin ominaisuuksien suhteen väliaine voi olla isotrooppinen ja toisten osalta anisotrooppinen; anisotropian aste voi myös vaihdella.
Uudessa julkaistussa tutkimuksessaThe Cryosphere -lehdessä IceCuben henkilökunta selitti sen. Kävi ilmi, että se ilmeni pitkänomaisten jääkiteiden kahtaistaitteisten ominaisuuksien seurauksena, jotka taivuttavat valoa kahteen suuntaan. Toisin sanoen ilman kahtaistaitetta valo tulee säteittäisesti isotrooppisesta valonlähteestä ja kaksoistaitolla se poikkeaa hitaasti kohti jään "virtauksen" akselia.
Kuva, jossa näkyy juuri avattuoptinen efekti: ilman kahtaistaitetta (ylhäällä) valo säteilee isotrooppisesta valonlähteestä. Kaksitaitaituksella (alhaalla) valo taipuu hitaasti kohti jäävirran akselia.
Luotto: Jack Pyrin/IceCube Collaboration
Tätä löytöä käytettiin uuden luomiseenoptinen jään kaksitaitteiseen malliin perustuva malli - SpiceBFR. Sitä käytetään ilmaisinmallinnuksessa, ja se on jo merkittävästi parantanut jäässä olevien hiukkasten vuorovaikutuksesta syntyvien valokuvioiden tulkintaa.
20 vuotta tutkimusta
IceCube-yhteistyön käyttämää optista jäämallia on kehitetty edellisen AMANDA-kokeen alkupäivistä lähtien.
AMANDA Experiment (Antarktinen muoni ja neutrinoDetector Array on Etelämantereen myoni- ja neutriinoilmaisimien ryhmä. Itse asiassa tämä on neutriinoteleskooppi, joka sijaitsee Amundsen-Scottin etelänavan aseman alla. Vuonna 2005, yhdeksän vuoden toiminnan jälkeen, AMANDA tuli virallisesti osaksi seuraajaprojektia, IceCube-neutrinoobservatoriota.
Yli 20 vuoden ajan tiedemiehet ovat lisänneet uusia löytöjäjään tunnettuun ymmärrykseen, mukaan lukien loukkuun jääneiden ilmakuplien katoaminen syvyyksissä selvästi ilmaisimen yläpuolella ja että syvyyksissä etelänavan jäälevy sisältää planeetan puhtaimman jään.
Parantaa aikaisempia yrityksiä kuvataanisotropia, yhteistyökumppanit tutkivat tätä vaikutusta huolellisesti ja havaitsivat sen korrelaation jääkiteiden ominaisuuksien syvän kehityksen kanssa. Tämä sai tutkijat uskomaan, että monet satunnaisesti valitut pienet kiteet, jotka muodostavat jään, vaikuttavat havaittuun anisotropiaan.
Mitä tutkijat ovat tehneet?
Tutkiakseen fyysikot suorittivat simulaatioita,joka mallinsi eri polut, joita valo voi kulkea ilmaisimen sisällä. Sitten he vertasivat simuloituja tietoja suureen IceCubesta otettuun kalibrointitietosarjaan.
fi.freepik.com
IceCube-kalibrointitietojoukko sisältäätiedot 60 000 LEDistä, joilla kaikki DOM:t on varustettu. Nämä puolestaan lähettävät peräkkäisiä valopulsseja jäähän ja niitä käytetään sitten jään optisten ominaisuuksien kalibrointiin.
Mitä seuraavaksi ja miksi se on tärkeää?
Indikaattorien vertailu auttoi tutkijoita tekemäänjohtopäätös IceCuben sisällä olevien jääkiteiden keskimääräisestä muodosta ja koosta. Tämä jännittävä uusi löytö rohkaisee uusien simulaatioiden luomiseen ja nykyisten rekonstruktiomenetelmien mukauttamiseen SpiceBFR-mallin huomioon ottamiseksi.
Löytö ei ainoastaan auta IceCubea parantamaanrekonstruoidut neutrinovuorovaikutukset. Tutkimus vaikuttaa koko glasiologian alaan. Kuten uuden työn kirjoittajat huomauttavat, jääkiteiden ominaisuuksia tutkitaan erityisesti jään virtauksen mekaniikan ymmärtämiseksi. Näitä tietoja voidaan sitten käyttää ennustamaan Etelämantereen massatasapainoa ja siitä johtuvaa merenpinnan nousua muuttuvassa ilmastossa.
Lue lisää:
Starlink-signaali hakkeroitu käytettäväksi vaihtoehtona GPS:lle
NASA paljasti Haumean alkuperän - aurinkokunnan salaperäisimmän planeetan
Fyysikot rikkovat standardin kvanttirajan "Quantum Horrorilla"
Kannessa: Vavilov-Cerenkov-säteily Idahon kansallisen laboratorion ATR-tutkimusreaktorin jäähdytysnesteessä. Kuva: Argonne National Laboratory