Kas sekundę per žmogaus kūną praeina 100 trilijonų neutrinų. Šie mažiukai, beveik be masės
Neutrinai yra bendras neutralaus pavadinimo pavadinimaspagrindinės dalelės, turinčios pusės sveikojo skaičiaus sukinį, dalyvaujančios tik silpnose ir gravitacinėse sąveikose ir priklausančios leptonų klasei. Šiuo metu žinomi trys neutrinų tipai: elektroniniai, miuoniniai ir tau neutrinai, taip pat juos atitinkančios antidalelės.
Neutrinai susidaro daugelyje procesų, pvz.termobranduolinių reakcijų metu žvaigždžių viduje ir supernovų sprogimų metu. Problema ta, kad šias daleles nepaprastai sunku aptikti. Tam reikalingas unikalus detektorius, galintis juos aptikti.
Kur randami neutrinai?
IceCube neutrinų observatorijos statybaPietų ašigalyje oficialiai baigtas 2010 m. gruodžio 18 d. Jis buvo sukurtas ieškant didelės energijos kosminių neutrinų. Pats detektorius susideda iš 5160 optinių jutiklių – skaitmeninių optinių modulių (DOM) – išdėstytų kubiniame kilometre Antarkties ledo.
Kaip pasireiškia neutrinas?
Kai neutrinas sąveikauja su ledo molekule,susidariusios antrinės įkrautos dalelės skleidžia mėlyną šviesą per procesą, žinomą kaip Čerenkovo spinduliuotė. Tada šviesa praeina per ledą ir gali pasiekti kai kuriuos DOM. Dėl to mokslininkai atkuria dalelės energiją ir kryptį. Šis procesas pagrįstas ledo optinių savybių žiniomis. Tačiau kartą toks neutrinų pasireiškimas mokslininkus labai nustebino.
Čerenkovo spinduliuotė yra energijos formakuris gali būti stebimas kaip mėlynas švytėjimas, kurį sukelia įkrautos dalelės, sudarančios atomus (elektronus ir protonus), judančios tam tikroje aplinkoje greičiu, viršijančiu šviesos greitį.
Unikalus reiškinys
2013 m. „IceCube“ bendradarbiavimo darbuotojaipastebėtas unikalus reiškinys, kai stebimas šviesos šaltinio ryškumas priklausė nuo šviesos krypties. Poveikis žinomas kaip optinė ledo anizotropija. Iki šiol mokslininkai anizotropiją bandė apibūdinti naudodami priemaišų sukeltus absorbcijos ir sklaidos pokyčius, tačiau nesėkmingai.
Anizotropija yra terpės savybių skirtumas skirtingosekryptys šioje aplinkoje; priešingai nei izotropija. Kai kurių savybių atžvilgiu terpė gali būti izotropinė, o kitų – anizotropinė; anizotropijos laipsnis taip pat gali skirtis.
Paskelbtame naujame tyrime„The Cryosphere“ žurnale „IceCube“ darbuotojai tai paaiškino. Paaiškėjo, kad tai atsirado dėl pailgų ledo kristalų, kurie lenkia šviesą dviem kryptimis, dvilypių savybių. Kitaip tariant, be dvigubo lūžio šviesa sklinda radialiai iš izotropinio šviesos šaltinio, o esant dvigubai refrakcijai, lėtai nukrypsta link ledo „tėkmės“ ašies.
Iliustracija, kurioje pavaizduota naujai atidarytaoptinis efektas: be dvigubo lūžio (viršuje) šviesa spinduliuojama iš izotropinio šviesos šaltinio. Esant dvigubam lūžiui (apačioje), šviesa lėtai nukreipiama link ledo srauto ašies.
Kreditas: Jack Pyrin / IceCube bendradarbiavimas
Šis atradimas buvo panaudotas kuriant naująoptinis ledo modelis, pagrįstas dvigubu lūžiu - SpiceBFR. Jis naudojamas detektorių modeliavimui ir jau žymiai pagerino šviesos modelių, atsirandančių dėl dalelių sąveikos lede, interpretaciją.
20 metų tyrimų
Optinis ledo modelis, kurį naudoja IceCube bendradarbiavimas, buvo sukurtas nuo ankstesnio AMANDA eksperimento pradžios.
AMANDA eksperimentas (Antarkties miuonas ir neutrinasDetector Array yra Antarkties miuonų ir neutrinų detektorių rinkinys. Tiesą sakant, tai yra neutrino teleskopas, esantis po Amundsen-Scott Pietų ašigalio stotimi. 2005 m., po devynerių veiklos metų, AMANDA oficialiai tapo tolesnio projekto „IceCube“ neutrinų observatorijos dalimi.
Daugiau nei 20 metų mokslininkai pridėjo naujų atradimųį žinomą ledo supratimą, įskaitant įstrigusių oro burbuliukų išnykimą giliai virš detektoriaus ir kad gylyje Pietų ašigalio ledo lakšte yra gryniausias ledas planetoje.
Siekiant pagerinti ankstesnius bandymus aprašytianizotropiją, bendradarbiai atidžiai ištyrė šį efektą, atradę jo ryšį su giliu ledo kristalų savybių vystymusi. Tai paskatino mokslininkus manyti, kad daugybė atsitiktinai atrinktų mažų kristalų, sudarančių ledą, vaidina svarbų vaidmenį stebimoje anizotropijoje.
Ką padarė mokslininkai?
Norėdami ištirti, fizikai atliko modeliavimą,kurie sumodeliavo skirtingus kelius, kuriais šviesa gali nueiti detektoriaus viduje. Tada jie palygino modeliuotus duomenis su dideliu kalibravimo duomenų rinkiniu, paimtu iš IceCube.
en.freepik.com
„IceCube“ kalibravimo duomenų rinkinyje yraduomenys iš 60 000 LED, kurie yra įrengti visuose DOM. Jie savo ruožtu skleidžia nuoseklius šviesos impulsus į ledą ir vėliau naudojami ledo optinėms savybėms kalibruoti.
Kas toliau ir kodėl tai svarbu?
Rodiklių palyginimas padėjo mokslininkams padarytiišvada apie vidutinę ledo kristalų formą ir dydį „IceCube“ viduje. Šis įdomus naujas atradimas skatina kurti naujus modeliavimus ir pritaikyti dabartinius rekonstrukcijos metodus, kad būtų atsižvelgta į SpiceBFR modelį.
Šis atradimas ne tik padės „IceCube“ tobulėtirekonstruotos neutrinų sąveikos. Tyrimas turi įtakos visai glaciologijos sričiai. Kaip pažymi naujojo darbo autoriai, ledo kristalų savybės yra tiriamos, ypač siekiant suprasti ledo tekėjimo mechaniką. Šie duomenys gali būti naudojami prognozuojant Antarkties masės balansą ir dėl to kylantį jūros lygio kilimą besikeičiančiame klimate.
Skaityti daugiau:
„Starlink“ signalas buvo nulaužtas, kad būtų naudojamas kaip GPS alternatyva
NASA atskleidė Haumėjos – paslaptingiausios Saulės sistemos planetos – kilmę
Fizikai sulaužė standartinę kvantinę ribą naudodami „kvantinį siaubą“
Viršelyje: Vavilovo-Cerenkovo spinduliuotė ATR tyrimų reaktoriaus aušinimo skystyje Aidaho nacionalinėje laboratorijoje. Nuotrauka: Argonne nacionalinė laboratorija