Вытокі высокай энергіі нейтрына былі прасочаны ў першы раз, разгадваючы важную астранамічную таямніцу
Каб зразумець і даведацца больш энергія або матэрыі, вывучэнне таямнічых субатамных часціц вельмі важна. Фізікі разглядаюць субатамныя часціцы - нейтрына – атрымаць далейшае разуменне розных падзей і працэсаў, з якіх яны паўсталі. Мы ведаем пра зоркі і асабліва пра сонца, вывучаючы нейтрына. Яшчэ шмат чаго трэба даведацца пра сусвет і разуменне таго, як функцыянуюць нейтрына, з'яўляецца самым важным крокам для любога навукоўца, які цікавіцца фізікай і астраноміяй.
Што такое нейтрына?
Нейтрына - парападобныя (і вельмі лятучыя) часціцы, амаль без масы, без электрычнага зарада, і яны могуць праходзіць праз любы тып матэрыі без якіх-небудзь змяненняў у сабе. Нейтрына могуць дасягнуць гэтага, вытрымліваючы экстрэмальныя ўмовы і шчыльныя асяроддзя, такія як зоркі, планета і галактыкі. Важнай асаблівасцю нейтрына з'яўляецца тое, што яны ніколі не ўзаемадзейнічаюць з навакольным рэчывам, і гэта робіць іх вельмі складаным для аналізу. Акрамя таго, яны існуюць у трох «водах» - электрон, тау і мюон, і яны пераключаюцца паміж гэтымі водарамі, калі яны вагаюцца. Гэта называецца з'явай "змешвання", і гэта самая дзіўная вобласць даследаванняў пры правядзенні эксперыментаў з нейтрына. Самай моцнай характарыстыкай нейтрына з'яўляецца тое, што яны нясуць унікальную інфармацыю аб сваім дакладным паходжанні. Гэта галоўным чынам таму, што нейтрына, хоць і вельмі энергічныя, не маюць зарада, таму на іх не ўплываюць магнітныя палі любой магутнасці. Паходжанне нейтрына да канца не вядома. Большасць з іх паходзіць ад сонца, але невялікая колькасць, асабліва тыя, якія маюць высокую энергію, паходзіць з больш глыбокіх рэгіёнаў прастору. Гэта прычына таго, што дакладнае паходжанне гэтых няўлоўных вандроўнікаў да гэтага часу было невядома, і іх называюць «часціцамі-прывідамі».
Прасачана паходжанне нейтрына высокай энергіі
У наватарскіх даследаваннях двайнят у астраноміі, апублікаваных у навукаДаследчыкі ўпершыню прасачылі паходжанне прывіднай субатамнай часціцы нейтрына, якая была знойдзена глыбока ў лёдзе ў Антарктыдзе пасля таго, як яна прайшла 3.7 мільярда гадоў да планета Зямля1,2. Гэтая праца выконваецца дзякуючы супрацоўніцтву больш чым 300 навукоўцаў і 49 устаноў. Высокаэнергічныя нейтрына былі выяўлены найбуйнейшым у гісторыі дэтэктарам IceCube, усталяваным на Паўднёвым полюсе нейтрыннай абсерваторыяй IceCube глыбока ў пластах лёду. Каб дасягнуць сваёй мэты, у лёдзе было прасвідравана 86 лунак, кожная глыбінёй паўтары мілі, і размеркавана па сетцы з больш чым 5000 датчыкаў святла, такім чынам, пакрываючы агульную плошчу ў 1 кубічны кіламетр. Дэтэктар IceCube, якім кіруе Нацыянальны навуковы фонд ЗША, уяўляе сабой гіганцкі дэтэктар, які складаецца з 86 кабеляў, якія ўкладваюцца ў свідравіны, якія цягнуцца да глыбокага лёду. Дэтэктары фіксуюць асаблівае блакітнае святло, якое выпраменьваецца пры ўзаемадзеянні нейтрына з ядром атама. Было выяўлена шмат нейтрына высокай энергіі, але іх было немагчыма адсачыць, пакуль нейтрына з энергіяй 300 трыльёнаў электронвольт не было паспяхова выяўлена пад ледзяной шапкай. Гэтая энергія амаль у 50 разоў большая за энергію пратонаў, якія круцяцца праз Вялікі калайдар Хардана, які з'яўляецца наймагутнейшым паскаральнікам часціц у свеце. планета. Пасля таго, як гэтае выяўленне было зроблена, сістэма ў рэжыме рэальнага часу метадычна збірала і кампілявала дадзеныя для ўсяго электрамагнітнага спектру з лабараторый на Зямлі і ў прастору пра паходжанне гэтага нейтрына.
Нейтрына было паспяхова прасочана да святлівага галактыка вядомы як «блэйзер». Блэйзер - гэта гіганцкі эліптычны актыў галактыка з двума бруямі, якія выпраменьваюць нейтрына і гама-прамяні. Ён адрозніваецца звышмасіўнасцю і імклівым кручэннем чорная дзірка у яго цэнтры і ст галактыка рухаецца да Зямлі з хуткасцю святла. Адна з бруй пінжака мае яркі яркі характар і паказвае прама на зямлю галактыка яго імя. Блейзеры галактыка знаходзіцца злева ад сузор'я Арыёна і складае каля 4 мільярдаў светлавых гадоў ад Зямлі. Як нейтрына, так і гама-прамяні былі выяўленыя абсерваторыяй, а таксама ў агульнай складанасці 20 тэлескопамі на Зямлі і ў прастору. Гэта першае даследаванне1 паказала выяўленне нейтрына, а другое наступнае даследаванне2 паказала, што блэйзер галактыка вырабляў гэтыя нейтрына раней, таксама ў 2014 і 2015 гадах. Блейзер, безумоўна, з'яўляецца крыніцай надзвычай энергічных нейтрына і, такім чынам, таксама касмічных прамянёў.
Наватарскае адкрыццё ў астраноміі
Адкрыццё гэтых нейтрына з'яўляецца вялікім поспехам і можа дазволіць вывучэнне і назіранне за сусвет неперасягненым чынам. Навукоўцы заяўляюць, што гэта адкрыццё можа дапамагчы ім упершыню прасачыць паходжанне таямнічых касмічных прамянёў. Гэтыя прамяні ўяўляюць сабой фрагменты атамаў, якія спускаюцца на Зямлю з-за межаў Сонечнай сістэмы і палаюць з хуткасцю святла. Іх вінавацяць у прычыненні праблем са спадарожнікамі, сістэмамі сувязі і г. д. У адрозненне ад нейтрына, касмічныя прамяні з'яўляюцца зараджанымі часціцамі, таму магнітныя палі працягваюць уплываць і змяняць свой шлях, і гэта робіць немагчымым прасачыць іх паходжанне. Касмічныя прамяні былі прадметам даследаванняў у астраноміі на працягу доўгага часу, і хоць яны былі адкрыты ў 1912 годзе, касмічныя прамяні застаюцца вялікай загадкай.
У будучыні нейтрынная абсерваторыя ў большым маштабе з выкарыстаннем аналагічнай інфраструктуры, якая выкарыстоўваецца ў гэтым даследаванні, можа дамагчыся больш хуткіх вынікаў і можна будзе зрабіць больш выяўленняў для выяўлення новых крыніц нейтрына. Гэта даследаванне, праведзенае шляхам запісу шматлікіх назіранняў і ўліку дадзеных па ўсім электрамагнітным спектры, мае вырашальнае значэнне для далейшага разумення сусвет фізічныя механізмы, якія ім кіруюць. Гэта выдатная ілюстрацыя астраноміі "мультымессенджера", якая выкарыстоўвае як мінімум два розныя тыпы сігналаў для вывучэння космасу, што робіць яго больш магутным і дакладным у стварэнні магчымых такіх адкрыццяў. Такі падыход дапамог выявіць сутыкненне нейтронных зорак, а таксама гравітацыйныя хвалі у нядаўнім мінулым. Кожны з гэтых мессенджеров дае нам новыя веды аб сусвет і магутныя падзеі ў атмасферы. Акрамя таго, гэта можа дапамагчы больш зразумець экстрэмальныя падзеі, якія адбыліся мільёны гадоў таму, каб гэтыя часціцы адправіліся на Зямлю.
***
Крыніца (я)
1. Супрацоўніцтва IceCube і інш. 2018. Мультыпаведамленчыя назіранні за палаючым блазарам, які супадае з нейтрына высокай энергіі IceCube-170922A. навука. 361 (6398). https://doi.org/10.1126/science.aat1378
2. Супрацоўніцтва IceCube і інш. 2018. Выпраменьванне нейтрына з напрамку блазара TXS 0506+056 да папярэджання IceCube-170922A. навука. 361 (6398). https://doi.org/10.1126/science.aat2890
***
