Každú sekundu prejde ľudským telom 100 biliónov neutrín. Tieto maličké, takmer nehmotné
Neutrína sú všeobecný názov pre neutrálnefundamentálne častice s polocelým spinom, zúčastňujúce sa len slabých a gravitačných interakcií a patriace do triedy leptónov. V súčasnosti sú známe tri typy neutrín: elektrónové, miónové a tau neutrína, ako aj ich zodpovedajúce antičastice.
Neutrína vznikajú v mnohých procesoch, napr.pri termonukleárnych reakciách vo vnútri hviezd a pri výbuchoch supernov. Problém je v tom, že tieto častice je neuveriteľne ťažké odhaliť. To si vyžaduje jedinečný detektor, ktorý ich dokáže odhaliť.
Kde sa nachádzajú neutrína?
Výstavba neutrínového observatória IceCubena južnom póle bola oficiálne ukončená 18. decembra 2010. Bol vyvinutý na hľadanie vysokoenergetických kozmických neutrín. Samotný detektor pozostáva z 5 160 optických senzorov – digitálnych optických modulov (DOM) – umiestnených v kubickom kilometri antarktického ľadu.
Ako sa neutríno prejavuje?
Keď neutríno interaguje s molekulou ľadu,výsledné sekundárne nabité častice vyžarujú modré svetlo prostredníctvom procesu známeho ako Čerenkovovo žiarenie. Svetlo potom prechádza cez ľad a môže dosiahnuť niektoré DOM. Výsledkom je, že výskumníci rekonštruujú energiu a smer častice. Tento proces je založený na znalostiach optických vlastností ľadu. Raz však tento prejav neutrín vedcov veľmi prekvapil.
Čerenkovovo žiarenie je forma energiektorú možno pozorovať ako modrú žiaru spôsobenú nabitými časticami tvoriacimi atómy (elektróny a protóny), ktoré sa pohybujú v určitom prostredí rýchlosťou presahujúcou rýchlosť svetla.
Jedinečný fenomén
V 2013 zamestnanci spolupráce IceCubepozoroval jedinečný jav, kde pozorovaný jas svetelného zdroja závisel od smeru svetla. Tento efekt je známy ako optická anizotropia ľadu. Doteraz sa výskumníci pokúšali opísať anizotropiu pomocou variácií absorpcie a rozptylu spôsobených nečistotami, ale neúspešne.
Anizotropia je rozdiel vo vlastnostiach média v rôznychsmery v tomto prostredí; na rozdiel od izotropie. S ohľadom na niektoré vlastnosti môže byť médium izotropné a vzhľadom na iné anizotropné; stupeň anizotropie sa tiež môže meniť.
V novej publikovanej štúdiiV časopise The Cryosphere to vysvetlili zamestnanci IceCube. Ukázalo sa, že sa objavil v dôsledku dvojlomných vlastností predĺžených ľadových kryštálov, ktoré ohýbajú svetlo v dvoch smeroch. Inými slovami, svetlo bez dvojlomu vychádza radiálne z izotropného svetelného zdroja a s dvojitým lomom sa pomaly odchyľuje smerom k osi „prúdenia“ ľadu.
Ilustrácia zobrazujúca novo otvorenýoptický efekt: Bez dvojlomu (hore) je svetlo vyžarované radiálne z izotropného svetelného zdroja. Pri dvojlome (dole) sa svetlo pomaly odchyľuje k osi ľadového prúdu.
Poďakovanie: Jack Pyrin/IceCube Collaboration
Tento objav bol použitý na vytvorenie novéhooptický model ľadu na báze dvojlomu - SpiceBFR. Používa sa pri modelovaní detektorov a už výrazne zlepšila interpretáciu svetelných vzorov, ktoré sú výsledkom interakcie častíc v ľade.
20 rokov výskumu
Optický model ľadu, ktorý využíva spolupráca IceCube, bol vyvinutý od prvých dní predchádzajúceho experimentu AMANDA.
Experiment AMANDA (antarktický mión a neutrinoDetector Array je antarktické pole miónových a neutrínových detektorov. V skutočnosti ide o neutrínový teleskop umiestnený pod stanicou Amundsen-Scott South Pole. V roku 2005, po deviatich rokoch prevádzky, sa AMANDA oficiálne stala súčasťou nástupníckeho projektu, neutrínového observatória IceCube.
Už viac ako 20 rokov vedci pridávajú nové objavyk známemu chápaniu ľadu, vrátane zmiznutia zachytených vzduchových bublín v hĺbkach vysoko nad detektorom a že v hĺbkach ľadová vrstva južného pólu obsahuje najčistejší ľad na planéte.
Na zlepšenie predchádzajúcich pokusov o popisanizotropie, spolupracovníci pozorne študovali tento efekt a objavili jeho koreláciu s hlbokým vývojom vlastností ľadových kryštálov. To viedlo vedcov k presvedčeniu, že v pozorovanej anizotropii hrá úlohu množstvo náhodne vybraných malých kryštálov, ktoré tvoria ľad.
Čo urobili vedci?
Aby to fyzici preskúmali, spustili simulácie,ktorý modeloval rôzne cesty, ktorými sa svetlo môže uberať vo vnútri detektora. Potom porovnali simulované údaje s veľkým súborom kalibračných údajov z IceCube.
sk.freepik.com
Sada kalibračných údajov IceCube obsahujeúdaje z 60 000 LED diód, ktorými sú vybavené všetky DOM. Tie následne vyžarujú do ľadu postupné svetelné impulzy a následne sa používajú na kalibráciu optických vlastností ľadu.
Čo bude ďalej a prečo je to dôležité?
Vedcom pomohlo porovnanie ukazovateľovzáver o priemernom tvare a veľkosti kryštálov ľadu vo vnútri kocky IceCube. Tento vzrušujúci nový objav podporuje vytváranie nových simulácií a prispôsobenie súčasných metód rekonštrukcie tak, aby zodpovedali modelu SpiceBFR.
Tento objav pomôže nielen IceCube zlepšiť sarekonštruované neutrínové interakcie. Výskum má dôsledky pre oblasť glaciológie ako celku. Ako poznamenávajú autori novej práce, študujú sa vlastnosti ľadových kryštálov, najmä s cieľom pochopiť mechaniku toku ľadu. Tieto údaje sa potom môžu použiť na predpovedanie hmotnostnej rovnováhy Antarktídy a následného zvýšenia hladiny mora v meniacej sa klíme.
Čítaj viac:
Signál Starlink bol hacknutý, aby sa dal použiť ako alternatíva k GPS
NASA odhalila pôvod Haumea – najzáhadnejšej planéty slnečnej sústavy
Fyzici prelomili štandardný kvantový limit „kvantovým hororom“
Na obálke: Vavilov-Čerenkovovo žiarenie v chladive výskumného reaktora ATR v Národnom laboratóriu v Idahu. Foto: Argonne National Laboratory