Katru sekundi cauri cilvēka ķermenim iziet 100 triljoni neitrīno. Šie mazie, gandrīz bezmasas
Neitrīni ir neitrāla vispārīgais nosaukumsfundamentālās daļiņas ar pusvesela skaitļa spinu, kas piedalās tikai vājā un gravitācijas mijiedarbībā un pieder leptonu klasei. Pašlaik ir zināmi trīs neitrīno veidi: elektronu, mionu un tau neitrīno, kā arī tiem atbilstošās antidaļiņas.
Neitrīnos rodas daudzos procesos, piemēram,kodoltermisko reakciju laikā zvaigžņu iekšienē un supernovas sprādzienu laikā. Problēma ir tā, ka šīs daļiņas ir neticami grūti noteikt. Tam nepieciešams unikāls detektors, kas tos var noteikt.
Kur tiek atrasti neitrīni?
IceCube neitrīno observatorijas celtniecībaDienvidpolā oficiāli tika pabeigts 2010. gada 18. decembrī. Tas tika izstrādāts, lai meklētu augstas enerģijas kosmiskos neitrīnus. Pats detektors sastāv no 5160 optiskajiem sensoriem — digitālajiem optiskajiem moduļiem (DOM), kas novietoti kubikkilometrā Antarktikas ledus.
Kā izpaužas neitrīno?
Kad neitrīno mijiedarbojas ar ledus molekulu,iegūtās sekundārās lādētās daļiņas izstaro zilu gaismu, izmantojot procesu, kas pazīstams kā Čerenkova starojums. Pēc tam gaisma iziet cauri ledum un var sasniegt dažus DOM. Rezultātā pētnieki rekonstruē daļiņas enerģiju un virzienu. Šis process ir balstīts uz zināšanām par ledus optiskajām īpašībām. Tomēr reiz šī neitrīno izpausme ļoti pārsteidza zinātniekus.
Čerenkova starojums ir enerģijas veidsko var novērot kā zilu mirdzumu, ko izraisa lādētās daļiņas, kas veido atomus (elektronus un protonus), kas noteiktā vidē pārvietojas ar ātrumu, kas pārsniedz gaismas ātrumu.
Unikāls fenomens
2013. gadā IceCube sadarbības darbiniekinovēroja unikālu parādību, kur novērotais gaismas avota spilgtums bija atkarīgs no gaismas virziena. Efekts ir pazīstams kā ledus optiskā anizotropija. Līdz šim pētnieki ir mēģinājuši aprakstīt anizotropiju, izmantojot piemaisījumu izraisītas absorbcijas un izkliedes atšķirības, taču bez panākumiem.
Anizotropija ir barotnes īpašību atšķirība dažādāsvirzieni šajā vidē; pretstatā izotropijai. Attiecībā uz dažām īpašībām vide var būt izotropa, bet attiecībā uz citām - anizotropa; var atšķirties arī anizotropijas pakāpe.
Jaunā pētījumā, kas publicētsŽurnālā The Cryosphere IceCube darbinieki to paskaidroja. Izrādījās, ka tas parādījās iegarenu ledus kristālu divkāršās laušanas īpašību rezultātā, kas izliec gaismu divos virzienos. Citiem vārdiem sakot, bez divkāršās laušanas gaisma radiāli nāk no izotropa gaismas avota, un ar dubultu refrakciju tā lēnām novirzās uz ledus “plūsmas” asi.
Ilustrācija, kurā parādīts tikko atvērtsoptiskais efekts: bez abpusējas laušanas (augšpusē) gaisma tiek izstarota radiāli no izotropa gaismas avota. Ar divkāršo laušanu (apakšā) gaisma tiek lēnām novirzīta ledus straumes asij.
Kredīts: Jack Pyrin / IceCube sadarbība
Šis atklājums tika izmantots, lai izveidotu jaunuledus optiskais modelis, kura pamatā ir divkāršā laušana - SpiceBFR. To izmanto detektoru modelēšanā, un tas jau ir ievērojami uzlabojis gaismas modeļu interpretāciju, kas rodas daļiņu mijiedarbības rezultātā ledū.
20 gadu pētījumi
Ledus optiskais modelis, ko izmanto IceCube sadarbībā, ir izstrādāts kopš iepriekšējā AMANDA eksperimenta sākuma.
AMANDA Experiment (Antarktikas mūons un neitrīnsDetector Array ir Antarktikas mionu un neitrīno detektoru kopums. Faktiski šis ir neitrīno teleskops, kas atrodas zem Amundsena-Skotas Dienvidpola stacijas. 2005. gadā pēc deviņu gadu darbības AMANDA oficiāli kļuva par daļu no pēcteces projekta IceCube neitrīno observatorijas.
Vairāk nekā 20 gadus zinātnieki ir pievienojuši jaunus atklājumuslīdz zināmajai izpratnei par ledu, tostarp iesprostoto gaisa burbuļu pazušanu dziļumā, kas ir krietni virs detektora, un to, ka dziļumā Dienvidpola ledus sega satur tīrāko ledu uz planētas.
Lai uzlabotu iepriekšējos mēģinājumus aprakstītanizotropiju, līdzstrādnieki rūpīgi pētīja šo efektu, atklājot tā korelāciju ar ledus kristālu īpašību dziļo attīstību. Tas lika zinātniekiem domāt, ka daudzi nejauši izvēlēti mazie kristāli, kas veido ledu, spēlē lomu novērotajā anizotropijā.
Ko zinātnieki ir izdarījuši?
Lai izpētītu, fiziķi veica simulācijas,kurš modelēja dažādus ceļus, ko gaisma varētu veikt detektora iekšpusē. Pēc tam viņi salīdzināja simulētos datus ar lielu kalibrēšanas datu kopu, kas iegūta no IceCube.
en.freepik.com
IceCube kalibrēšanas datu kopa saturdati no 60 000 LED, ar kuriem ir aprīkoti visi DOM. Tie, savukārt, izstaro secīgus gaismas impulsus ledū un pēc tam tiek izmantoti, lai kalibrētu ledus optiskās īpašības.
Kas būs tālāk un kāpēc tas ir svarīgi?
Rādītāju salīdzināšana palīdzēja zinātniekiem izdarītsecinājums par ledus kristālu vidējo formu un izmēru IceCube iekšpusē. Šis aizraujošais jaunais atklājums mudina izveidot jaunas simulācijas un pielāgot pašreizējās rekonstrukcijas metodes, lai ņemtu vērā SpiceBFR modeli.
Atklājums ne tikai palīdzēs IceCube uzlabotrekonstruētās neitrīno mijiedarbības. Pētījumam ir ietekme uz glacioloģijas jomu kopumā. Kā atzīmē jaunā darba autori, ledus kristālu īpašības tiek pētītas, jo īpaši, lai izprastu ledus plūsmas mehāniku. Pēc tam šos datus var izmantot, lai prognozētu Antarktikas masas līdzsvaru un no tā izrietošo jūras līmeņa paaugstināšanos mainīgā klimatā.
Lasīt vairāk:
Starlink signāls ir uzlauzts, lai to izmantotu kā alternatīvu GPS
NASA atklāja Haumea - Saules sistēmas noslēpumainākās planētas - izcelsmi
Fiziķi pārkāpj standarta kvantu ierobežojumu ar "kvantu šausmām"
Uz vāka: Vavilova-Cerenkova starojums ATR pētniecības reaktora dzesēšanas šķidrumā Aidaho Nacionālajā laboratorijā. Foto: Argonnes Nacionālā laboratorija