Hvert sekund passerer 100 billioner nøytrinoer gjennom menneskekroppen. Disse bittesmå, nesten masseløse
Nøytrinoer er det generelle navnet på nøytralefundamentale partikler med halvt heltallsspinn, som bare deltar i svake og gravitasjonsinteraksjoner og tilhører klassen leptoner. For tiden er tre typer nøytrinoer kjent: elektron-, myon- og tau-nøytrinoer, samt deres tilsvarende antipartikler.
Nøytrinoer produseres i mange prosesser, f.eks.under termonukleære reaksjoner i stjerners indre og under supernovaeksplosjoner. Problemet er at disse partiklene er utrolig vanskelige å oppdage. Dette krever en unik detektor som kan oppdage dem.
Hvor finnes nøytrinoer?
Bygging av IceCube nøytrinoobservatorietpå Sydpolen ble offisielt fullført 18. desember 2010. Den ble utviklet for å søke etter kosmiske nøytrinoer med høy energi. Selve detektoren består av 5.160 optiske sensorer – digitale optiske moduler (DOM-er) – plassert i en kubikkkilometer med antarktisk is.
Hvordan manifesterer en nøytrino seg?
Når et nøytrino samhandler med et ismolekyl,de resulterende sekundært ladede partiklene sender ut blått lys gjennom en prosess kjent som Cherenkov-stråling. Lyset passerer deretter gjennom isen og kan nå noen DOM-er. Som et resultat rekonstruerer forskerne energien og retningen til partikkelen. Denne prosessen er basert på kunnskap om de optiske egenskapene til is. Imidlertid overrasket denne manifestasjonen av nøytrinoer sterkt forskere.
Cherenkov-stråling er en form for energisom kan observeres som en blå glød forårsaket av de ladede partiklene som utgjør atomer (elektroner og protoner) som beveger seg i et bestemt miljø med hastigheter som overstiger lysets hastighet.
Unikt fenomen
I 2013, ansatte i IceCube-samarbeidetobserverte et unikt fenomen hvor den observerte lysstyrken til lyskilden var avhengig av lysretningen. Effekten er kjent som optisk anisotropi av is. Til nå har forskere forsøkt å beskrive anisotropi ved hjelp av variasjoner i absorpsjon og spredning forårsaket av urenheter, men uten hell.
Anisotropi er forskjellen i egenskapene til et medium i forskjelligeretninger innenfor dette miljøet; i motsetning til isotropi. Med hensyn til noen egenskaper kan mediet være isotropt, og med hensyn til andre, anisotropt; graden av anisotropi kan også variere.
I en ny studie publisertI magasinet The Cryosphere forklarte IceCube-ansatte det. Det viste seg at det dukket opp som et resultat av de dobbeltbrytende egenskapene til langstrakte iskrystaller, som bøyer lys i to retninger. Med andre ord, uten dobbeltbrytning kommer lys radialt fra en isotrop lyskilde, og med dobbel brytning avviker det sakte mot isstrømmens akse.
Illustrasjon som viser en nyåpnetoptisk effekt: uten dobbeltbrytning (øverst), sendes lys ut radialt fra en isotrop lyskilde. Med dobbeltbryting (nederst) avledes lyset sakte mot isstrømmens akse.
Kreditt: Jack Pyrin/IceCube Collaboration
Denne oppdagelsen ble brukt til å lage en nyoptisk modell av is basert på dobbeltbrytning - SpiceBFR. Den brukes i detektormodellering og har allerede betydelig forbedret tolkningen av lysmønstre som er et resultat av samspillet mellom partikler i is.
20 år med forskning
Den optiske modellen av is som IceCube-samarbeidet bruker har blitt utviklet siden de første dagene av det forrige AMANDA-eksperimentet.
AMANDA-eksperiment (Antarktisk myon og nøytrinoDetector Array er en antarktisk rekke av myon- og nøytrino-detektorer. Faktisk er dette et nøytrinoteleskop som ligger under Amundsen-Scott South Pole Station. I 2005, etter ni års drift, ble AMANDA offisielt en del av etterfølgerprosjektet, IceCube nøytrinoobservatoriet.
I mer enn 20 år har forskere lagt til nye funntil den kjente forståelsen av is, inkludert forsvinningen av innestengte luftbobler på dyp godt over detektoren, og at på dyp inneholder sørpolens isdekke den reneste isen på planeten.
For å forbedre tidligere forsøk på å beskriveanisotropi, studerte samarbeidspartnere denne effekten nøye, og oppdaget dens korrelasjon med den dype utviklingen av egenskapene til iskrystaller. Dette fikk forskere til å tro at de mange tilfeldig utvalgte små krystallene som utgjør isen, spiller en rolle i den observerte anisotropien.
Hva har forskerne gjort?
For å studere fysikk kjørte de simuleringer,som modellerte de forskjellige banene som lys kunne ta inne i detektoren. De sammenlignet deretter de simulerte dataene med et stort kalibreringsdatasett hentet fra IceCube.
no.freepik.com
IceCube-kalibreringsdatasettet inneholderdata fra de 60 000 LEDene som alle DOM-er er utstyrt med. Disse sender på sin side ut påfølgende lyspulser inn i isen og brukes deretter til å kalibrere de optiske egenskapene til isen.
Hva er neste og hvorfor er det viktig?
Sammenligning av indikatorer hjalp forskere med å gjørekonklusjon om gjennomsnittlig form og størrelse på iskrystaller inne i IceCube. Denne spennende nye oppdagelsen oppmuntrer til å lage nye simuleringer og tilpasning av gjeldende rekonstruksjonsmetoder for å ta hensyn til SpiceBFR-modellen.
Oppdagelsen vil ikke bare hjelpe IceCube med å forbedre segrekonstruerte nøytrinointeraksjoner. Forskningen har implikasjoner for feltet glasiologi som helhet. Som forfatterne av det nye arbeidet bemerker, studeres egenskapene til iskrystaller, spesielt for å forstå mekanikken til isflyt. Disse dataene kan deretter brukes til å forutsi Antarktis massebalanse og resulterende havnivåstigning i et klima i endring.
Les mer:
Starlink-signal hacket for å brukes som et alternativ til GPS
NASA avslørte opprinnelsen til Haumea - den mest mystiske planeten i solsystemet
Fysikere bryter standard kvantegrense med "Quantum Horror"
På omslaget: Vavilov-Cerenkov-stråling i kjølevæsken til ATR-forskningsreaktoren ved Idaho National Laboratory. Foto: Argonne National Laboratory