בכל שנייה עוברים 100 טריליון נויטרינו בגוף האדם. הקטנטנים האלה, כמעט חסרי מסה
ניוטרינו הם השם הכללי לנייטרליחלקיקי יסוד עם ספין של חצי מספר שלם, המשתתפים רק באינטראקציות חלשות וכבידה ושייכים למחלקת הלפטונים. נכון לעכשיו, ידועים שלושה סוגים של ניטרינו: נייטרינו אלקטרונים, מיאון וטאו, כמו גם האנטי-חלקיקים המתאימים להם.
ניטרינו מיוצרים בתהליכים רבים, למשל,במהלך תגובות תרמו-גרעיניות בפנים הכוכבים ובמהלך פיצוצי סופרנובה. הבעיה היא שקשה מאוד לזהות את החלקיקים האלה. זה דורש גלאי מיוחד במינו שיכול לזהות אותם.
היכן נמצאים ניטרינו?
בניית מצפה הנייטרינו IceCubeבקוטב הדרומי הושלם באופן רשמי ב-18 בדצמבר 2010. הוא פותח כדי לחפש נייטרינו קוסמיים בעלי אנרגיה גבוהה. הגלאי עצמו מורכב מ-5,160 חיישנים אופטיים - מודולים אופטיים דיגיטליים (DOMs) - הממוקמים בקילומטר מעוקב של קרח אנטארקטי.
איך נייטרינו מתבטא?
כאשר ניטרינו יוצר אינטראקציה עם מולקולת קרח,החלקיקים הטעונים המשניים המתקבלים פולטים אור כחול בתהליך המכונה קרינת צ'רנקוב. לאחר מכן האור עובר דרך הקרח ויכול להגיע לכמה DOMs. כתוצאה מכך, החוקרים משחזרים את האנרגיה והכיוון של החלקיק. תהליך זה מבוסס על ידע על התכונות האופטיות של קרח. עם זאת, פעם אחת הביטוי הזה של ניטרינו הפתיע מאוד את המדענים.
Черенковское излучение — это форма энергии, которую можно наблюдать в виде голубого свечения, вызываемого заряженными частицами, из которых состоят атомы (электроны и протоны), движущиеся в определенной среде со скоростью, превышающей скорость света.
תופעה ייחודית
В 2013 году сотрудники коллаборации IceCube наблюдали уникальное явление, когда наблюдаемая яркость источника света зависела от направления света. Эффект известен как оптическая анизотропия льда. До сих пор исследователи пытались описать анизотропию с помощью вариаций поглощения и рассеяния, вызванных примесями, но безуспешно.
Анизотропия — различие свойств среды в различных направлениях внутри этой среды; в противоположность изотропии. В отношении одних свойств среда может быть изотропна, а в отношении других — анизотропна; степень анизотропии также может различаться.
В новом исследовании, опубликованном в журнале The Cryosphere, сотрудники IceCube объяснили его. Оказалось, что он появился в результате двулучепреломляющих свойств удлиненных кристаллов льда, которые отклоняют свет в двух направлениях. Иными словами, без двойного лучепреломления свет исходит радиально от изотропного источника света, а при двойном — медленно отклоняется к оси ледяного «потока».
Иллюстрация, демонстрирующая недавно открытый оптический эффект: без двойного лучепреломления (вверху) свет исходит радиально от изотропного источника света. При двойном лучепреломлении (внизу) свет медленно отклоняется к оси ледяного потока.
קרדיט: Jack Pyrin/IceCube Collaboration
Это открытие использовали, чтобы создать новую оптическую модель льда на основе двойного лучепреломления — SpiceBFR. Ее используют в моделировании детектора и она уже существенно улучшила интерпретацию световых паттернов, которые возникают в результате взаимодействия частиц во льду.
20 שנות מחקר
Оптическую модель льда, которую использует коллаборация IceCube, разрабатывали с первых дней предшествующего эксперимента AMANDA.
ניסוי אמנדה (מיואון וניטרינו אנטארקטימערך גלאי הוא מערך אנטארקטי של גלאי מיאון וניטרינו. למעשה, זהו טלסקופ נייטרינו שנמצא מתחת לתחנת הקוטב הדרומי אמונדסן-סקוט. בשנת 2005, לאחר תשע שנות פעילות, AMANDA הפכה רשמית לחלק מפרויקט היורש, מצפה הנייטרינו IceCube.
Более 20 лет ученые добавляли новые открытия к известному пониманию льда, включая исчезновение захваченных пузырьков воздуха на глубинах значительно выше детектора и то, что на глубинах ледяной щит Южного полюса содержит самый чистый лед на планете.
Чтобы улучшить предыдущие попытки описать анизотропию, сотрудники внимательно изучили этот эффект, обнаружив его корреляцию с глубинным развитием свойств кристаллов льда. Это навело ученых на мысль, что множество случайно подобранных мелких кристаллов, составляющих лед, играют роль в наблюдаемой анизотропии.
מה עשו המדענים?
Для исследования физики запустили симуляции, которые смоделировали различные пути, по которым свет может проходить внутри детектора. Затем они сравнили смоделированные данные с большим набором данных калибровки, взятым из IceCube.
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.
מה הלאה ולמה זה חשוב?
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.
קרא עוד:
אות Starlink נפרץ כדי לשמש כחלופה ל-GPS
נאס"א חשפה את מקורו של האומאה - כוכב הלכת המסתורי ביותר במערכת השמש
פיזיקאים שוברים את המגבלה הקוונטית הסטנדרטית עם 'אימה קוונטית'
На обложке: излучение Вавилова — Черенкова в охлаждающей жидкости исследовательского реактора ATR Национальной лаборатории Айдахо. Фото: Argonne National Laboratory