Svake sekunde kroz ljudsko tijelo prođe 100 trilijuna neutrina. Ovi sićušni, gotovo bez mase
Neutrini su opći naziv za neutralnefundamentalne čestice s polucijelim spinom, koje sudjeluju samo u slabim i gravitacijskim interakcijama i pripadaju klasi leptona. Trenutno su poznate tri vrste neutrina: elektronski, mionski i tau neutrini, kao i njihove odgovarajuće antičestice.
Neutrini se proizvode u mnogim procesima, npr.tijekom termonuklearnih reakcija u unutrašnjosti zvijezda i tijekom eksplozija supernova. Problem je u tome što je te čestice nevjerojatno teško otkriti. Za to je potreban jedinstveni detektor koji ih može otkriti.
Gdje se nalaze neutrini?
Izgradnja neutrinskog opservatorija IceCubena Južnom polu službeno je dovršen 18. prosinca 2010. godine. Razvijen je za traženje kozmičkih neutrina visoke energije. Sam detektor sastoji se od 5160 optičkih senzora — digitalnih optičkih modula (DOM) — ugrađenih u kubični kilometar antarktičkog leda.
Kako se manifestira neutrino?
Kada neutrino stupi u interakciju s molekulom leda,rezultirajuće sekundarne nabijene čestice emitiraju plavu svjetlost kroz proces poznat kao Čerenkovljevo zračenje. Svjetlost zatim prolazi kroz led i može dosegnuti neke DOM-ove. Kao rezultat toga, istraživači rekonstruiraju energiju i smjer čestice. Ovaj se proces temelji na znanju o optičkim svojstvima leda. Međutim, jednom je ova manifestacija neutrina jako iznenadila znanstvenike.
Čerenkovljevo zračenje je oblik energijekoji se može promatrati kao plavi sjaj uzrokovan nabijenim česticama koje čine atome (elektroni i protoni) krećući se u određenom okruženju brzinama većim od brzine svjetlosti.
Jedinstvena pojava
U 2013., zaposlenici kolaboracije IceCubeuočio jedinstveni fenomen gdje je promatrana svjetlina izvora svjetlosti ovisila o smjeru svjetlosti. Efekt je poznat kao optička anizotropija leda. Do sada su istraživači pokušavali opisati anizotropiju pomoću varijacija u apsorpciji i raspršenju uzrokovanih nečistoćama, ali bez uspjeha.
Anizotropija je razlika u svojstvima medija u različitimsmjerovi unutar ove sredine; za razliku od izotropije. S obzirom na neka svojstva medij može biti izotropan, a s obzirom na druga anizotropan; stupanj anizotropije također može varirati.
U novoj studiji objavljenojU časopisu The Cryosphere osoblje IceCubea je to objasnilo. Ispostavilo se da se pojavio kao rezultat dvolomnih svojstava izduženih kristala leda, koji savijaju svjetlost u dva smjera. Drugim riječima, bez dvoloma svjetlost dolazi radijalno iz izotropnog izvora svjetlosti, a kod dvostrukog loma polako odstupa prema osi “toka” leda.
Ilustracija koja prikazuje novootvorenioptički učinak: Bez dvoloma (gore), svjetlost se radijalno emitira iz izotropnog izvora svjetlosti. S dvolomom (dolje), svjetlost se polako skreće prema osi ledene struje.
Zasluge: Jack Pyrin/IceCube Collaboration
Ovo otkriće je iskorišteno za stvaranje novogoptički model leda temeljen na dvolomu - SpiceBFR. Koristi se u modeliranju detektora i već je značajno poboljšao interpretaciju svjetlosnih uzoraka koji proizlaze iz interakcije čestica u ledu.
20 godina istraživanja
Optički model leda koji koristi kolaboracija IceCube razvijen je od ranih dana prethodnog eksperimenta AMANDA.
Eksperiment AMANDA (Antarktički mion i neutrinoDetector Array je antarktički niz detektora miona i neutrina. Zapravo, ovo je neutrinski teleskop koji se nalazi ispod stanice Južnog pola Amundsen-Scott. Godine 2005., nakon devet godina rada, AMANDA je službeno postala dio projekta nasljednika, neutrinskog opservatorija IceCube.
Više od 20 godina znanstvenici su dodavali nova otkrićado poznatog razumijevanja leda, uključujući nestanak zarobljenih mjehurića zraka na dubinama znatno iznad detektora i da na dubinama ledena ploča Južnog pola sadrži najčišći led na planetu.
Da poboljšam prethodne pokušaje opisivanjaanizotropije, suradnici su pažljivo proučavali ovaj učinak, otkrivajući njegovu korelaciju s dubokim razvojem svojstava ledenih kristala. To je navelo znanstvenike da vjeruju da mnogi nasumično odabrani mali kristali koji čine led igraju ulogu u promatranoj anizotropiji.
Što su znanstvenici učinili?
Kako bi istražili, fizičari su pokrenuli simulacije,koji je modelirao različite puteve kojima svjetlost može proći unutar detektora. Zatim su usporedili simulirane podatke s velikim skupom kalibracijskih podataka preuzetih s IceCubea.
hr.freepik.com
Skup podataka o kalibraciji IceCube sadržipodaci iz 60 000 LED dioda kojima su opremljeni svi DOM-ovi. Oni pak emitiraju uzastopne impulse svjetlosti u led i zatim se koriste za kalibraciju optičkih svojstava leda.
Što je sljedeće i zašto je to važno?
Usporedba pokazatelja pomogla je znanstvenicimazaključak o prosječnom obliku i veličini kristala leda unutar IceCubea. Ovo uzbudljivo novo otkriće potiče stvaranje novih simulacija i prilagodbu trenutnih metoda rekonstrukcije za model SpiceBFR.
Открытие не только поможет IceCube улучшить реконструированные взаимодействия нейтрино. Исследование имеет значение для области гляциологии в целом. Как отмечают авторы новой работы, свойства кристаллов льда изучают, в частности, для понимания механики течения льда. Затем эти данные можно использовать, чтобы спрогнозировать баланс массы Антарктики и, как следствие, повышения уровня моря в меняющемся климате.
Čitaj više:
Starlink signal hakiran kako bi se koristio kao alternativa GPS-u
NASA je otkrila podrijetlo Haumee - najtajanstvenijeg planeta Sunčevog sustava
Fizičari probili standardnu kvantnu granicu 'kvantnim užasom'
На обложке: излучение Вавилова — Черенкова в охлаждающей жидкости исследовательского реактора ATR Национальной лаборатории Айдахо. Фото: Argonne National Laboratory