În fiecare secundă, 100 de trilioane de neutrini trec prin corpul uman. Acestea minuscule, aproape fără masă
Neutrinii sunt numele general pentru neutruparticule fundamentale cu spin semiîntreg, participând doar la interacțiuni slabe și gravitaționale și aparținând clasei leptonilor. În prezent, sunt cunoscute trei tipuri de neutrini: neutrini electroni, muoni și tau, precum și antiparticulele corespunzătoare.
Neutrinii sunt produși în multe procese, de exemplu,în timpul reacțiilor termonucleare din interiorul stelelor și în timpul exploziilor de supernove. Problema este că aceste particule sunt incredibil de greu de detectat. Acest lucru necesită un detector unic care să le detecteze.
Unde se găsesc neutrinii?
Construcția observatorului de neutrini IceCubela Polul Sud a fost finalizat oficial pe 18 decembrie 2010. A fost dezvoltat pentru a căuta neutrini cosmici de înaltă energie. Detectorul în sine este format din 5.160 de senzori optici - module optice digitale (DOM) - plasați într-un kilometru cub de gheață antarctică.
Cum se manifestă un neutrin?
Când un neutrin interacționează cu o moleculă de gheață,particulele încărcate secundare rezultate emit lumină albastră printr-un proces cunoscut sub numele de radiație Cherenkov. Apoi, lumina trece prin gheață și poate ajunge la unele DOM. Ca rezultat, cercetătorii reconstruiesc energia și direcția particulei. Acest proces se bazează pe cunoașterea proprietăților optice ale gheții. Cu toate acestea, odată ce această manifestare a neutrinilor a surprins foarte mult oamenii de știință.
Radiația Cherenkov este o formă de energiecare poate fi observată ca o strălucire albastră cauzată de particulele încărcate care alcătuiesc atomii (electroni și protoni) care se deplasează într-un anumit mediu cu viteze care depășesc viteza luminii.
Fenomen unic
În 2013, angajații colaborării IceCubea observat un fenomen unic în care luminozitatea observată a sursei de lumină depindea de direcția luminii. Efectul este cunoscut sub numele de anizotropie optică a gheții. Până acum, cercetătorii au încercat să descrie anizotropia folosind variațiile de absorbție și împrăștiere cauzate de impurități, dar fără succes.
Anizotropia este diferența dintre proprietățile unui mediu în diferitedirecții în acest mediu; spre deosebire de izotropie. În ceea ce privește unele proprietăți, mediul poate fi izotrop, iar față de altele, anizotrop; gradul de anizotropie poate varia.
Într-un nou studiu publicatÎn revista The Cryosphere, personalul IceCube a explicat acest lucru. S-a dovedit că a apărut ca urmare a proprietăților birefringente ale cristalelor de gheață alungite, care îndoaie lumina în două direcții. Cu alte cuvinte, fără birefringență, lumina provine radial dintr-o sursă de lumină izotropă, iar cu dublă refracție, se abate încet spre axa „curgerii” de gheață.
Ilustrație care arată un nou deschisefect optic: Fără birefringență (sus), lumina este emisă radial de la o sursă de lumină izotropă. Cu birefringență (jos), lumina este deviată încet spre axa fluxului de gheață.
Credit: Colaborarea Jack Pyrin/IceCube
Această descoperire a fost folosită pentru a crea un noumodel optic de gheață bazat pe birefringență - SpiceBFR. Este folosit în modelarea detectorului și a îmbunătățit deja în mod semnificativ interpretarea modelelor de lumină care rezultă din interacțiunea particulelor din gheață.
20 de ani de cercetare
Modelul optic de gheață pe care îl folosește colaborarea IceCube a fost dezvoltat încă din primele zile ale experimentului anterior AMANDA.
Experimentul AMANDA (muoni și neutrini antarcticiDetector Array este o matrice antarctică de detectoare de muoni și neutrini. De fapt, acesta este un telescop cu neutrini situat sub stația Amundsen-Scott South Pole. În 2005, după nouă ani de funcționare, AMANDA a devenit oficial parte a proiectului succesor, observatorul de neutrini IceCube.
De mai bine de 20 de ani, oamenii de știință au adăugat noi descoperiridupă înțelegerea cunoscută a gheții, inclusiv dispariția bulelor de aer prinse la adâncimi mult deasupra detectorului și că, la adâncimi, Calota de gheață de la Polul Sud conține cea mai pură gheață de pe planetă.
Pentru a îmbunătăți încercările anterioare de a descrieanizotropie, colaboratorii au studiat cu atenție acest efect, descoperind corelația lui cu dezvoltarea profundă a proprietăților cristalelor de gheață. Acest lucru i-a făcut pe oamenii de știință să creadă că multele cristale mici selectate aleatoriu care alcătuiesc gheața joacă un rol în anizotropia observată.
Ce au făcut oamenii de știință?
Pentru a investiga, fizicienii au efectuat simulări,care a modelat diferitele căi pe care lumina le-ar putea lua în interiorul detectorului. Apoi au comparat datele simulate cu un set mare de date de calibrare preluat de la IceCube.
ro.freepik.com
Setul de date de calibrare IceCube conținedate de la 60 000 LED-urile cu care sunt echipate toate DOM-urile. Acestea, la rândul lor, emit impulsuri succesive de lumină în gheață și sunt apoi folosite pentru a calibra proprietățile optice ale gheții.
Ce urmează și de ce este important?
Compararea indicatorilor a ajutat oamenii de știință să facăconcluzie despre forma medie și dimensiunea cristalelor de gheață din interiorul IceCube. Această nouă descoperire interesantă încurajează crearea de noi simulări și adaptarea metodelor actuale de reconstrucție pentru a lua în considerare modelul SpiceBFR.
Descoperirea nu numai că va ajuta IceCube să se îmbunătățeascăinteracțiuni neutrino reconstruite. Cercetarea are implicații pentru domeniul glaciologiei în ansamblu. După cum notează autorii noii lucrări, proprietățile cristalelor de gheață sunt studiate, în special, pentru a înțelege mecanica curgerii gheții. Aceste date pot fi apoi folosite pentru a prezice echilibrul masei antarctice și creșterea rezultată a nivelului mării într-un climat în schimbare.
Citeste mai mult:
Semnalul Starlink piratat pentru a fi folosit ca alternativă la GPS
NASA a dezvăluit originea Haumea - cea mai misterioasă planetă din sistemul solar
Fizicienii depășesc limita cuantică standard cu „Oroarea cuantică”
Pe copertă: radiația Vavilov-Cerenkov în lichidul de răcire al reactorului de cercetare ATR de la Laboratorul Național Idaho. Foto: Argonne National Laboratory