매초 100조 개의 중성미자가 인체를 통과합니다. 이 작고 거의 질량이 없는
중성미자는 중성의 일반적인 이름이다.반정수 스핀을 갖는 기본 입자로 약하고 중력 상호 작용에만 참여하고 렙톤 클래스에 속합니다. 현재 세 가지 유형의 중성미자, 즉 전자, 뮤온, 타우 중성미자와 그에 상응하는 반입자가 알려져 있습니다.
중성미자는 다음과 같은 여러 공정을 통해 생산됩니다.별 내부의 열핵 반응과 초신성 폭발 중에. 문제는 이러한 입자를 감지하기가 엄청나게 어렵다는 것입니다. 이를 감지할 수 있는 독특한 감지기가 필요합니다.
중성미자는 어디에서 발견됩니까?
IceCube 중성미자 관측소 건설남극점 탐사는 2010년 12월 18일에 공식적으로 완료되었습니다. 고에너지 우주 중성미자를 찾기 위해 개발됐다. 탐지기 자체는 1입방킬로미터의 남극 얼음에 배치된 5,160개의 광학 센서(디지털 광학 모듈(DOM))로 구성됩니다.
중성미자는 어떻게 나타납니까?
중성미자가 얼음 분자와 상호작용할 때,생성된 2차 대전 입자는 체렌코프 복사(Cherenkov Radiation)로 알려진 과정을 통해 청색광을 방출합니다. 그런 다음 빛은 얼음을 통과하여 일부 DOM에 도달할 수 있습니다. 그 결과, 연구진은 입자의 에너지와 방향을 재구성했습니다. 이 과정은 얼음의 광학적 특성에 대한 지식을 기반으로 합니다. 그러나 일단 중성미자의 이러한 발현이 과학자들을 크게 놀라게 했습니다.
체렌코프 방사선은 에너지의 한 형태이다.특정 환경에서 빛의 속도를 초과하는 속도로 움직이는 원자(전자와 양성자)를 구성하는 하전 입자에 의해 발생하는 푸른 빛으로 관찰할 수 있습니다.
독특한 현상
2013년에는 IceCube 협력 직원들이광원의 밝기가 빛의 방향에 따라 달라지는 독특한 현상을 관찰했습니다. 이 효과는 얼음의 광학적 이방성으로 알려져 있습니다. 지금까지 연구자들은 불순물로 인한 흡수 및 산란의 변화를 이용하여 이방성을 설명하려고 노력했지만 성공하지 못했습니다.
이방성은 매체 특성의 차이입니다.이 환경 내 방향; 등방성과 반대입니다. 일부 특성과 관련하여 매체는 등방성일 수 있고 다른 특성과 관련하여 이방성일 수 있습니다. 이방성 정도도 다양할 수 있습니다.
발표된 새로운 연구에서The Cryosphere 매거진에서 IceCube 직원이 설명했습니다. 빛을 두 방향으로 구부리는 길쭉한 얼음 결정의 복굴절 특성의 결과로 나타나는 것으로 나타났습니다. 즉, 복굴절이 없으면 빛은 등방성 광원에서 방사형으로 나오고, 이중 굴절이 있으면 얼음 "흐름"의 축을 향해 천천히 벗어납니다.
새로 오픈한 모습을 보여주는 일러스트광학 효과: 복굴절이 없으면(위) 빛이 등방성 광원에서 방사형으로 방출됩니다. 복굴절이 있으면(아래) 빛이 얼음 흐름의 축을 향해 천천히 편향됩니다.
크레딧: Jack Pyrin/IceCube 협업
이 발견은 새로운 것을 만드는 데 사용되었습니다.복굴절을 기반으로 한 얼음의 광학 모델 - SpiceBFR. 이는 검출기 모델링에 사용되며 이미 얼음 입자의 상호 작용으로 인해 발생하는 빛 패턴의 해석을 크게 향상시켰습니다.
20년의 연구
IceCube 협업이 사용하는 얼음의 광학 모델은 이전 AMANDA 실험 초기부터 개발되었습니다.
AMANDA 실험 (남극 뮤온과 중성미자Detector Array는 뮤온 및 중성미자 탐지기의 남극 배열입니다. 사실, 이것은 아문센-스콧 남극 정거장 아래에 위치한 중성미자 망원경입니다. 운영 9년 후인 2005년, AMANDA는 공식적으로 후속 프로젝트인 IceCube 중성미자 관측소의 일부가 되었습니다.
20년 넘게 과학자들은 새로운 발견을 추가해 왔습니다.탐지기보다 훨씬 높은 깊이에 갇힌 기포가 사라지고 그 깊이에는 남극 빙상이 지구상에서 가장 순수한 얼음이 포함되어 있다는 사실을 포함하여 얼음에 대한 알려진 이해가 있습니다.
설명하려는 이전 시도를 개선하기 위해이방성 때문에 공동 연구자들은 이 효과를 주의 깊게 연구하여 얼음 결정 특성의 깊은 발달과의 상관 관계를 발견했습니다. 이로 인해 과학자들은 얼음을 구성하는 무작위로 선택된 많은 작은 결정이 관찰된 이방성에 역할을 한다고 믿게 되었습니다.
과학자들은 무엇을 했습니까?
조사를 위해 물리학자들은 시뮬레이션을 실행했습니다.빛이 감지기 내부로 이동할 수 있는 다양한 경로를 모델링한 사람입니다. 그런 다음 시뮬레이션된 데이터를 IceCube에서 가져온 대규모 교정 데이터 세트와 비교했습니다.
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IceCube 교정 데이터 세트에는 다음이 포함됩니다.모든 DOM에 장착된 60 000 LED의 데이터입니다. 이는 차례로 얼음에 빛의 연속적인 펄스를 방출하고 얼음의 광학적 특성을 교정하는 데 사용됩니다.
다음 단계는 무엇이며 왜 중요한가요?
지표의 비교는 과학자들이 다음을 수행하는 데 도움이 되었습니다.IceCube 내부의 얼음 결정의 평균 모양과 크기에 대한 결론입니다. 이 흥미롭고 새로운 발견은 새로운 시뮬레이션의 생성과 SpiceBFR 모델을 설명하기 위한 현재 재구성 방법의 적용을 장려합니다.
이번 발견은 IceCube의 개선에 도움이 될 뿐만 아니라중성미자 상호작용을 재구성했습니다. 이 연구는 빙하학 분야 전체에 영향을 미칩니다. 새로운 연구 노트의 저자로서, 특히 얼음 흐름의 역학을 이해하기 위해 얼음 결정의 특성을 연구했습니다. 이 데이터는 남극의 질량 균형과 기후 변화에 따른 해수면 상승을 예측하는 데 사용될 수 있습니다.
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표지: 아이다호 국립 연구소 ATR 연구용 원자로 냉각수 내 Vavilov-Cerenkov 방사선. 사진: 아르곤 국립연구소