Elke seconde passeren 100 biljoen neutrino's het menselijk lichaam.
Neutrino's zijn een algemene naam voor neutrale fundamentele deeltjes met half-gehele spin die alleen deelnemen aan de zwakke en gravitationele interacties en behoren tot de klasse van leptonen.Momenteel zijn er drie soorten neutrino's bekend: elektron-, muon- en tau-neutrino's, evenals hun overeenkomstige antideeltjes.
Neutrino's worden geproduceerd in veel processen, zoals thermonucleaire reacties in het binnenste van sterren en bij supernova-explosies.Het probleem is dat deze deeltjes ongelooflijk moeilijk te detecteren zijn. om ze te detecteren.
Waar worden neutrino's gevonden?
De bouw van het IceCube neutrino-observatorium op de Zuidpool werd officieel voltooid op 18 december 2010.Het is ontwikkeld om te zoeken naar hoogenergetische kosmische neutrino's.van de 5.160 optische sensoren - digitale optische modules (DOM's) - die per kubieke kilometer worden geplaatstAntarctisch ijs.
Hoe manifesteert een neutrino zich?
Wanneer een neutrino interageert met een ijsmolecuul,de resulterende secundaire geladen deeltjes zenden blauw licht uit via een proces dat bekend staat als Cherenkov-straling. Het licht gaat vervolgens door het ijs en kan enkele DOM's bereiken. Als resultaat reconstrueren de onderzoekers de energie en richting van het deeltje. Dit proces is gebaseerd op kennis van de optische eigenschappen van ijs. Echter, zodra deze manifestatie van neutrino's wetenschappers enorm verraste.
Tsjerenkovstraling is een vorm van energiedie kan worden waargenomen als een blauwe gloed die wordt veroorzaakt door de geladen deeltjes waaruit atomen bestaan (elektronen en protonen) die in een bepaalde omgeving bewegen met snelheden die de lichtsnelheid overschrijden.
Uniek fenomeen
In 2013 medewerkers van de IceCube-samenwerkingobserveerde een uniek fenomeen waarbij de waargenomen helderheid van de lichtbron afhing van de richting van het licht. Het effect staat bekend als optische anisotropie van ijs. Tot nu toe hebben onderzoekers geprobeerd anisotropie te beschrijven met behulp van variaties in absorptie en verstrooiing veroorzaakt door onzuiverheden, maar zonder succes.
Anisotropie is het verschil in de eigenschappen van een medium in verschillenderichtingen binnen deze omgeving; in tegenstelling tot isotropie. Met betrekking tot sommige eigenschappen kan het medium isotroop zijn, en met betrekking tot andere anisotroop; de mate van anisotropie kan ook variëren.
In een nieuwe studie gepubliceerdIn het tijdschrift The Cryosphere legden medewerkers van IceCube het uit. Het bleek dat het verscheen als gevolg van de dubbelbrekende eigenschappen van langwerpige ijskristallen, die licht in twee richtingen buigen. Met andere woorden: zonder dubbele breking komt het licht radiaal van een isotrope lichtbron, en bij dubbele breking wijkt het langzaam af naar de as van de ijsstroom.
Illustratie van een onlangs geopendeoptisch effect: Zonder dubbele breking (boven) wordt licht radiaal uitgezonden door een isotrope lichtbron. Met dubbele breking (onder) wordt het licht langzaam afgebogen naar de as van de ijsstroom.
Credit: Jack Pyrin/IceCube-samenwerking
Deze ontdekking werd gebruikt om een nieuwe te creërenoptisch model van ijs gebaseerd op dubbele breking - SpiceBFR. Het wordt gebruikt bij detectormodellering en heeft de interpretatie van lichtpatronen die het gevolg zijn van de interactie van deeltjes in ijs al aanzienlijk verbeterd.
20 jaar onderzoek
Het optische ijsmodel dat de IceCube-samenwerking gebruikt, is ontwikkeld sinds de begindagen van het vorige AMANDA-experiment.
AMANDA-experiment (Antarctisch muon en neutrino)Detector Array is een Antarctische reeks van muon- en neutrino-detectoren. In feite is dit een neutrino-telescoop die zich onder het Amundsen-Scott South Pole Station bevindt. In 2005, na negen jaar in bedrijf te zijn geweest, werd AMANDA officieel onderdeel van het opvolgerproject, het IceCube-neutrino-observatorium.
Al meer dan twintig jaar doen wetenschappers nieuwe ontdekkingentot het bekende begrip van ijs, inclusief het verdwijnen van ingesloten luchtbellen op diepten ver boven de detector en dat op diepten de ijskap van de Zuidpool het zuiverste ijs ter wereld bevat.
Ter verbetering van eerdere pogingen om te beschrijvenanisotropie bestudeerden medewerkers dit effect zorgvuldig en ontdekten de correlatie ervan met de diepe ontwikkeling van de eigenschappen van ijskristallen. Dit bracht wetenschappers ertoe te geloven dat de vele willekeurig geselecteerde kleine kristallen waaruit het ijs bestaat een rol spelen in de waargenomen anisotropie.
Wat hebben de wetenschappers gedaan?
Om natuurkunde te studeren, voerden ze simulaties uit,die de verschillende paden modelleerde die licht in de detector kon volgen. Vervolgens vergeleken ze de gesimuleerde gegevens met een grote kalibratiegegevensset van IceCube.
nl.freepik.com
De IceCube-kalibratiegegevensset bevatgegevens van de 60 000 LED's waarmee alle DOM's zijn uitgerust. Deze zenden op hun beurt opeenvolgende lichtpulsen uit in het ijs en worden vervolgens gebruikt om de optische eigenschappen van het ijs te kalibreren.
Wat is de volgende stap en waarom is het belangrijk?
Vergelijking van indicatoren hielp wetenschappers makenconclusie over de gemiddelde vorm en grootte van ijskristallen in de IceCube. Deze opwindende nieuwe ontdekking stimuleert de creatie van nieuwe simulaties en de aanpassing van de huidige reconstructiemethoden om rekening te houden met het SpiceBFR-model.
De ontdekking zal IceCube niet alleen helpen verbeterengereconstrueerde neutrino-interacties. Het onderzoek heeft implicaties voor het vakgebied van de glaciologie als geheel. Zoals de auteurs van het nieuwe werk opmerken, worden de eigenschappen van ijskristallen in het bijzonder bestudeerd om de mechanica van ijsstroming te begrijpen. Deze gegevens kunnen vervolgens worden gebruikt om de Antarctische massabalans en de daaruit voortvloeiende zeespiegelstijging in een veranderend klimaat te voorspellen.
Lees verder:
Starlink-signaal gehackt om te worden gebruikt als alternatief voor GPS
NASA onthulde de oorsprong van Haumea - de meest mysterieuze planeet in het zonnestelsel
Natuurkundigen doorbreken standaard kwantumlimiet met 'Quantum Horror'
Op de cover: Vavilov-Cerenkov-straling in het koelmiddel van de ATR-onderzoeksreactor van het Idaho National Laboratory. Foto: Nationaal Laboratorium Argonne