ทุก ๆ วินาที นิวตริโน 100 ล้านล้านเคลื่อนผ่านร่างกายมนุษย์ เหล่านี้เล็กจนแทบไม่มีมวล
Neutrinos เป็นชื่อทั่วไปของคำว่าเป็นกลางอนุภาคพื้นฐานที่มีการหมุนรอบครึ่งจำนวนเต็ม มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาที่อ่อนแอและแรงโน้มถ่วงเท่านั้น และอยู่ในกลุ่มเลปตัน ปัจจุบัน เรารู้จักนิวทริโนสามประเภท: อิเล็กตรอน มิวออน และเทานิวตริโน รวมทั้งปฏิปักษ์ที่เกี่ยวข้องกัน
นิวตริโนเกิดขึ้นได้ในหลายกระบวนการ เช่นระหว่างปฏิกิริยาแสนสาหัสภายในดาวฤกษ์และระหว่างการระเบิดของซูเปอร์โนวา ปัญหาคืออนุภาคเหล่านี้ตรวจจับได้ยากอย่างไม่น่าเชื่อ ซึ่งต้องใช้เครื่องตรวจจับที่ไม่ซ้ำใครที่สามารถตรวจจับได้
นิวตริโนพบได้ที่ไหน?
การก่อสร้างหอดูดาวนิวตริโน IceCubeที่ขั้วโลกใต้แล้วเสร็จอย่างเป็นทางการเมื่อวันที่ 18 ธันวาคม พ.ศ. 2553 ได้รับการพัฒนาเพื่อค้นหานิวตริโนจักรวาลพลังงานสูง ตัวตรวจจับประกอบด้วยเซ็นเซอร์ออปติคอล 5,160 ตัว ซึ่งเป็นโมดูลออปติคัลดิจิทัล (DOM) ซึ่งฝังอยู่ในน้ำแข็งแอนตาร์กติกหนึ่งลูกบาศก์กิโลเมตร
นิวตริโนแสดงออกอย่างไร?
เมื่อนิวตริโนทำปฏิกิริยากับโมเลกุลน้ำแข็งอนุภาคที่มีประจุทุติยภูมิที่เกิดขึ้นจะปล่อยแสงสีน้ำเงินผ่านกระบวนการที่เรียกว่ารังสีเชเรนคอฟ จากนั้นแสงจะส่องผ่านน้ำแข็งและอาจไปถึง DOM บางแห่ง เป็นผลให้นักวิจัยสร้างพลังงานและทิศทางของอนุภาคขึ้นมาใหม่ กระบวนการนี้ขึ้นอยู่กับความรู้เกี่ยวกับคุณสมบัติทางแสงของน้ำแข็ง อย่างไรก็ตามเมื่อการปรากฏตัวของนิวตริโนทำให้นักวิทยาศาสตร์ประหลาดใจอย่างมาก
รังสีเชเรนคอฟเป็นรูปแบบหนึ่งของพลังงานซึ่งสามารถสังเกตได้ว่าเป็นแสงสีน้ำเงินที่เกิดจากอนุภาคที่มีประจุซึ่งประกอบเป็นอะตอม (อิเล็กตรอนและโปรตอน) เคลื่อนที่ในสภาพแวดล้อมบางอย่างด้วยความเร็วที่เกินความเร็วแสง
ปรากฏการณ์ที่ไม่ซ้ำ
ในปี 2013 พนักงานของการทำงานร่วมกันของ IceCubeสังเกตเห็นปรากฏการณ์พิเศษที่ความสว่างที่สังเกตได้ของแหล่งกำเนิดแสงขึ้นอยู่กับทิศทางของแสง ผลกระทบนี้เรียกว่าแอนไอโซโทรปีเชิงแสงของน้ำแข็ง จนถึงขณะนี้ นักวิจัยได้พยายามอธิบายแอนไอโซโทรปีโดยใช้รูปแบบการดูดซึมและการกระเจิงที่เกิดจากสิ่งเจือปน แต่ไม่ประสบผลสำเร็จ
Anisotropy คือความแตกต่างในคุณสมบัติของตัวกลางที่แตกต่างกันทิศทางภายในสภาพแวดล้อมนี้ เมื่อเทียบกับไอโซโทรปี สำหรับคุณสมบัติบางอย่าง ตัวกลางสามารถเป็นแบบไอโซโทรปิก และสำหรับคุณสมบัติอื่นๆ แบบแอนไอโซทรอปิก ระดับของแอนไอโซโทรปีอาจแตกต่างกันไป
ในการศึกษาใหม่ที่ตีพิมพ์ในนิตยสาร The Cryosphere พนักงานของ IceCube อธิบายเรื่องนี้ ปรากฎว่ามันปรากฏขึ้นเนื่องจากคุณสมบัติการรีฟริงเจนต์ของผลึกน้ำแข็งที่ยืดออกซึ่งทำให้แสงโค้งงอในสองทิศทาง กล่าวอีกนัยหนึ่ง หากไม่มีการรีฟริงก์ แสงจะมาจากแหล่งกำเนิดแสงไอโซโทรปิกในแนวรัศมี และด้วยการหักเหสองเท่า แสงจะค่อยๆ เบี่ยงเบนไปทางแกนของ "กระแส" ของน้ำแข็ง
ภาพประกอบแสดงการเปิดใหม่เอฟเฟ็กต์แสง: หากปราศจากการรีฟริงเจนซ์ (ด้านบน) แสงจะถูกปล่อยออกมาในแนวรัศมีจากแหล่งกำเนิดแสงแบบไอโซโทรปิก ด้วยการรีฟริงเจนซ์ (ด้านล่าง) แสงจะค่อยๆ เบนไปทางแกนของกระแสน้ำแข็ง
เครดิต: Jack Pyrin / IceCube Collaboration
การค้นพบนี้ถูกนำมาใช้เพื่อสร้างสิ่งใหม่แบบจำลองแสงของน้ำแข็งบนพื้นฐานของการสะท้อนกลับ - SpiceBFR มันถูกใช้ในการสร้างแบบจำลองเครื่องตรวจจับและได้ปรับปรุงการตีความรูปแบบแสงที่เป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคในน้ำแข็งอย่างมีนัยสำคัญ
20 ปีแห่งการวิจัย
แบบจำลองแสงของน้ำแข็งที่การทำงานร่วมกันของ IceCube ใช้ได้รับการพัฒนามาตั้งแต่ช่วงแรก ๆ ของการทดลอง AMANDA ก่อนหน้านี้
การทดลอง AMANDA (แอนตาร์กติกมิวออนและนิวตริโนDetector Array คืออาร์เรย์ของเครื่องตรวจจับมิวออนและนิวตริโนในทวีปแอนตาร์กติก อันที่จริง นี่คือกล้องโทรทรรศน์นิวตริโนที่อยู่ใต้สถานีขั้วโลกใต้อามุนด์เซน-สกอตต์ ในปี 2548 หลังจากดำเนินกิจการมาเก้าปี AMANDA ก็กลายเป็นส่วนหนึ่งของโครงการผู้สืบทอดอย่างเป็นทางการ นั่นคือหอสังเกตการณ์นิวตริโน IceCube
เป็นเวลากว่า 20 ปีที่นักวิทยาศาสตร์ได้เพิ่มการค้นพบใหม่ๆจนถึงความเข้าใจที่ทราบเกี่ยวกับน้ำแข็ง รวมถึงการหายไปของฟองอากาศที่ติดอยู่ที่ระดับความลึกเหนือเครื่องตรวจจับ และที่ระดับความลึก แผ่นน้ำแข็งขั้วโลกใต้มีน้ำแข็งที่บริสุทธิ์ที่สุดในโลก
เพื่อปรับปรุงความพยายามในการอธิบายครั้งก่อนanisotropy ผู้ทำงานร่วมกันได้ศึกษาผลกระทบนี้อย่างรอบคอบ โดยค้นพบความสัมพันธ์กับการพัฒนาคุณสมบัติของผลึกน้ำแข็งอย่างลึกซึ้ง สิ่งนี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าผลึกขนาดเล็กที่สุ่มเลือกจำนวนมากซึ่งประกอบเป็นน้ำแข็งมีบทบาทในแอนไอโซโทรปีที่สังเกตได้
นักวิทยาศาสตร์ได้ทำอะไร?
เพื่อศึกษาฟิสิกส์ พวกเขาทำการจำลองซึ่งเป็นผู้กำหนดเส้นทางต่างๆ ที่แสงสามารถเข้าไปภายในเครื่องตรวจจับได้ จากนั้นจึงเปรียบเทียบข้อมูลจำลองกับชุดข้อมูลการสอบเทียบขนาดใหญ่ที่นำมาจาก IceCube
th.freepik.com
ชุดข้อมูลการสอบเทียบ IceCube ประกอบด้วยข้อมูลจากไฟ LED 60 000 ดวงที่ติดตั้ง DOM ทั้งหมด สิ่งเหล่านี้จะปล่อยพัลส์แสงต่อเนื่องไปยังน้ำแข็ง จากนั้นจึงใช้เพื่อปรับเทียบคุณสมบัติทางแสงของน้ำแข็ง
อะไรต่อไปและเหตุใดจึงสำคัญ
การเปรียบเทียบตัวชี้วัดช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ทำสรุปรูปร่างและขนาดเฉลี่ยของผลึกน้ำแข็งภายใน IceCube การค้นพบใหม่ที่น่าตื่นเต้นนี้สนับสนุนให้มีการสร้างแบบจำลองใหม่และการปรับวิธีการสร้างใหม่ในปัจจุบันเพื่อรองรับแบบจำลอง SpiceBFR
การค้นพบนี้ไม่เพียงแต่ช่วยให้ IceCube ดีขึ้นเท่านั้นปฏิสัมพันธ์ของนิวตริโนที่สร้างขึ้นใหม่ การวิจัยมีผลกระทบต่อสาขาธรณีวิทยาโดยรวม ในฐานะผู้เขียนบันทึกงานใหม่ ได้มีการศึกษาคุณสมบัติของผลึกน้ำแข็งโดยเฉพาะ เพื่อทำความเข้าใจกลไกของการไหลของน้ำแข็ง ข้อมูลนี้สามารถใช้เพื่อทำนายความสมดุลของมวลแอนตาร์กติกและส่งผลให้ระดับน้ำทะเลเพิ่มขึ้นในสภาพอากาศที่เปลี่ยนแปลง
อ่านเพิ่มเติม:
สัญญาณ Starlink ถูกแฮ็กเพื่อใช้เป็นทางเลือกแทน GPS
NASA เปิดเผยที่มาของ Haumea - ดาวเคราะห์ลึกลับที่สุดในระบบสุริยะ
นักฟิสิกส์ทำลายขีด จำกัด ควอนตัมมาตรฐานด้วย 'สยองขวัญควอนตัม'
บนหน้าปก: รังสีวาวิลอฟ-เซเรนคอฟในน้ำหล่อเย็นของเครื่องปฏิกรณ์วิจัย ATR ที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติไอดาโฮ ภาพ: ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Argonne