Minden másodpercben 100 billió neutrínó halad át az emberi testen. Ezek az aprók, szinte tömegtelenek
A neutrínók a semleges általános nevefél-egész spinű alapvető részecskék, amelyek csak gyenge és gravitációs kölcsönhatásokban vesznek részt, és a leptonok osztályába tartoznak. Jelenleg háromféle neutrínó ismert: elektron-, müon- és tau-neutrínó, valamint a hozzájuk tartozó antirészecskék.
A neutrínók számos folyamat során keletkeznek, pl.a csillagok belsejében zajló termonukleáris reakciók során és szupernóva-robbanások során. A probléma az, hogy ezeket a részecskéket hihetetlenül nehéz észlelni. Ehhez egy egyedi detektorra van szükség, amely képes észlelni őket.
Hol keresnek neutrínókat?
Az IceCube neutrínó obszervatórium építésea Déli-sarkon hivatalosan 2010. december 18-án fejeződött be. Nagy energiájú kozmikus neutrínók felkutatására fejlesztették ki. Maga a detektor 5160 optikai érzékelőből – digitális optikai modulokból (DOM) – áll, amelyek egy köbkilométernyi antarktiszi jégbe vannak ágyazva.
Hogyan jelenik meg a neutrínó?
Amikor a neutrínó kölcsönhatásba lép egy jégmolekulával,a keletkező másodlagos töltésű részecskék a Cserenkov-sugárzás néven ismert folyamat révén kék fényt bocsátanak ki. A fény ezután áthalad a jégen, és elérhet néhány DOM-ot. Ennek eredményeként a kutatók rekonstruálják a részecske energiáját és irányát. Ez a folyamat a jég optikai tulajdonságainak ismeretén alapul. Egyszer azonban a neutrínóknak ez a megnyilvánulása nagyon meglepte a tudósokat.
A Cserenkov-sugárzás az energia egyik formájaamely egy adott környezetben a fénysebességet meghaladó sebességgel mozgó atomokat alkotó töltött részecskék (elektronok és protonok) okozta kék izzásként figyelhető meg.
Egyedülálló jelenség
2013-ban az IceCube együttműködés alkalmazottaiegyedülálló jelenséget figyeltek meg, ahol a fényforrás megfigyelt fényereje a fény irányától függött. A hatás a jég optikai anizotrópiájaként ismert. Eddig a kutatók megpróbálták leírni az anizotrópiát a szennyeződések okozta abszorpciós és szórási eltérések segítségével, de sikertelenül.
Az anizotrópia egy közeg különböző tulajdonságainak különbségeirányok ezen a környezetben; szemben az izotrópiával. Egyes tulajdonságok tekintetében a közeg lehet izotróp, mások tekintetében pedig anizotróp; az anizotrópia mértéke is változhat.
Egy új publikált tanulmánybanA The Cryosphere magazinban az IceCube munkatársai elmagyarázták. Kiderült, hogy a fényt kétfelé hajlító, megnyúlt jégkristályok kettős törési tulajdonságainak eredményeként jelent meg. Vagyis kettős törés nélkül a fény izotróp fényforrásból sugárirányban érkezik, és kétszeres törés esetén lassan eltér a jég „áramlásának” tengelye felé.
Illusztráció egy újonnan megnyitottoptikai hatás: kettős törés nélkül (felül) izotróp fényforrásból sugárirányban bocsát ki fényt. Kettős törés esetén (alul) a fény lassan eltérül a jégfolyam tengelye felé.
Köszönetnyilvánítás: Jack Pairin/IceCube Collaboration
Ezt a felfedezést egy új létrehozására használták fela jég optikai modellje kettős törés alapján - SpiceBFR. A detektoros modellezésben használják, és már jelentősen javította a jégben lévő részecskék kölcsönhatásából származó fényminták értelmezését.
20 éves kutatás
A jég optikai modelljét, amelyet az IceCube együttműködésben használ, az előző AMANDA kísérlet kezdete óta fejlesztették ki.
Kísérlet AMANDA (Antarktiszi müon és neutrínóA Detector Array) müon- és neutrínódetektorok antarktiszi tömbje. Lényegében ez egy neutrínó teleszkóp, amely az Amundsen-Scott Déli-sark állomás alatt található. 2005-ben, kilenc év munka után, az AMANDA hivatalosan is része lett utódprojektjének, az IceCube Neutrino Observatory-nak.
A tudósok több mint 20 éve új felfedezéseket tettek hozzáa jég ismert értelmezése szerint, beleértve a rekedt légbuborékok eltűnését a detektor feletti mélységekben, és azt, hogy mélységben a Déli-sark jégtakarója tartalmazza a bolygó legtisztább jegét.
A korábbi leírási kísérletek javítása érdekébenAz anizotrópia, a munkatársak alaposan tanulmányozták ezt a hatást, és felfedezték annak összefüggését a jégkristályok tulajdonságainak mélyreható fejlődésével. Ez arra késztette a tudósokat, hogy elhiggyék, hogy a jeget alkotó sok véletlenszerűen kiválasztott kis kristály szerepet játszik a megfigyelt anizotrópiában.
Mit tettek a tudósok?
A vizsgálat érdekében a fizikusok szimulációkat futtattak,aki modellezte a fény különböző utakat a detektor belsejében. Ezután összehasonlították a szimulált adatokat az IceCube-ból vett nagy kalibrációs adatkészlettel.
en.freepik.com
Набор калибровочных данных IceCube содержит данные от 60 000 светодиодов, которыми оборудованы все DOM. Они, в свою очередь, излучают последовательные световые импульсы в лед, а затем используются для калибровки оптических свойств льда.
Что дальше и почему это важно?
Сравнение показателей помогло ученым сделать вывод о средней форме и размере кристаллов льда внутри IceCube. Это захватывающее новое открытие побуждает к созданию новых симуляций и адаптации текущих методов реконструкции для учета модели 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.
Olvass tovább:
A Starlink jelet feltörték, hogy a GPS alternatívájaként használják
A NASA feltárta a Haumea eredetét - a Naprendszer legtitokzatosabb bolygóját
A fizikusok átlépték a szabványos kvantumkorlátot a „quantum horrorral”
На обложке: излучение Вавилова — Черенкова в охлаждающей жидкости исследовательского реактора ATR Национальной лаборатории Айдахо. Фото: Argonne National Laboratory