Antarktidoje, Amundseno ir Scotto Pietų ašigalio stotyje, yra „IceCube Neutrino“ observatorija - įrenginys, skirtas pradinių dalelių, vadinamų neutrinu, tyrimui. Šį masyvą sudaro 5160 sferinių optinių jutiklių - skaitmeninių optinių modulių (DOM) -, palaidotų kubiniame kilometre skaidraus ledo. Šiuo metu ši observatorija yra didžiausias neutrinų detektorius pasaulyje ir pastaruosius septynerius metus praleido tyrinėdama, kaip šios dalelės elgiasi ir sąveikauja.
Naujausiame „IceCube“ bendradarbiaujant išleistame tyrime, padedant Pensilvanijos valstijos universiteto fizikams, pirmą kartą išmatuotas Žemės gebėjimas blokuoti neutrinus. Remdamiesi standartiniu dalelių fizikos modeliu, jie nustatė, kad nors trilijonai neutrinų praeina pro Žemę (ir mus) reguliariai, kai kuriuos ji kartais sustabdo.
Neseniai moksliniame žurnale pasirodė tyrimas, pavadintas „Neutrino sąveikos su„ IceCube “skerspjūvio matavimas naudojant žemės absorbciją“. Gamta. Tyrimo grupės rezultatai buvo paremti stebint 10 784 sąveikas, kurias sukėlė didelės energijos, į viršų judantys neutrinai, kurie per metus buvo užregistruoti observatorijoje.
2013 m. Bendradarbiaujant „IceCube“ buvo atlikti pirmieji didelės energijos neutrinų aptikimai. Šie neutrinai, kurie, kaip buvo manoma, yra astrofizinės kilmės, buvo petaelektronvoltų diapazone, todėl jie yra didžiausios iki šiol aptiktos energetinės neutrinos. „IceCube“ ieško šių sąveikos ženklų ieškodamas Čerenkovo radiacijos, kuri susidaro po to, kai greitai judančios įkrovos dalelės sulėtėja sąveikaujant su normalia medžiaga.
Aptikę neutrinus, kurie sąveikauja su švariu ledu, „IceCube“ prietaisai sugebėjo įvertinti neutrinų energiją ir judėjimo kryptį. Nepaisant šių aptikimų, vis dar liko paslaptis, ar kokia nors medžiaga gali sustabdyti neutriną, kai jis skrieja per kosmosą. Pagal standartinį dalelių fizikos modelį tai turėtų atsitikti retkarčiais.
Metus stebėjusi sąveiką „IceCube“, mokslo komanda nustatė, kad neutrinai, kurie turėjo keliauti toliausiai per Žemę, rečiau pasiekė detektorių. Kaip Peno valstijos pranešime spaudai paaiškino Peno valstijos fizikos ir astronomijos / astrofizikos profesorius Doug Cowen:
Šis pasiekimas yra svarbus, nes jis pirmą kartą parodo, kad labai energijos sukaupusius neutrinus gali absorbuoti kažkas - šiuo atveju Žemė. Mes žinojome, kad mažesnės energijos neutrinai praeina beveik viską, tačiau, nors ir tikėjomės, kad aukštesnės energijos neutrinai bus skirtingi, jokie ankstesni eksperimentai nesugebėjo įtikinamai parodyti, kad aukštesnės energijos neutrinus gali bet kas sustabdyti. “
Neutrinų egzistavimą pirmą kartą pasiūlė 1930 m. Teorinis fizikas Wolfgangas Pauli, kuris postuliavo jų egzistavimą kaip būdą paaiškinti beta skilimą atsižvelgiant į energijos įstatymų išsaugojimą. Jie taip vadinami, nes yra elektriškai neutralūs ir sąveikauja su materija tik labai silpnai - t.y., per silpną subatominę jėgą ir gravitaciją. Dėl šios priežasties neutrinai reguliariai praeina pro normalią medžiagą.
Nors žvaigždės ir branduoliniai reaktoriai reguliariai gamina neutrinus čia, Žemėje, pirmieji neutrinai susidarė Didžiojo sprogimo metu. Todėl jų sąveikos su normalia materija tyrimas gali daug pasakyti apie tai, kaip Visata vystėsi per milijardus metų. Daugelis mokslininkų tikisi, kad neutrinų tyrimas parodys naujos fizikos egzistavimą, kuri viršija standartinį modelį.
Dėl šios priežasties mokslo komanda buvo šiek tiek nustebinta (ir galbūt nusivylusi) savo rezultatais. Kaip paaiškino Pranciškus Halzenas - pagrindinis „IceCube Neutrino“ observatorijos tyrėjas ir Viskonsino-Madisono universiteto fizikos profesorius:
„Suprasti, kaip neutrinai sąveikauja, yra labai svarbu, kad veiktų„ IceCube “. Žinoma, mes tikėjomės, kad pasirodys nauja fizika, bet, deja, pastebėjome, kad standartinis modelis, kaip įprasta, atlaiko bandymą.
Daugiausia šiam tyrimui atrinkti neutrinai buvo daugiau nei milijoną kartų energetiškesni už tuos, kuriuos gamina mūsų Saulė ar atominės elektrinės. Į analizę taip pat buvo įtrauktos tokios, kurios buvo astrofizinio pobūdžio - t. Y. Pagamintos už Žemės atmosferos ribų - ir jas galėjo pagreitinti Žemės link padidėjusios juodosios skylės (SMBH).
Darbe Grantas, Albertos universiteto fizikos profesorius, taip pat yra „IceCube“ bendradarbiavimo atstovas. Kaip jis nurodė, šis naujausias sąveikos tyrimas atveria duris būsimiems neutrinų tyrimams. „Neutrinai turi gana gerai uždirbtą reputaciją, stebindami mus savo elgesiu“, - sakė jis. „Be galo įdomu pamatyti šį pirmąjį matavimą ir jo galimybes ateityje atlikti tikslumo bandymus.“
Šis tyrimas ne tik pateikė pirmąjį Žemės neutrinų absorbcijos matavimą, bet ir suteikia galimybę geofizikos tyrinėtojams, kurie tikisi panaudoti neutrinus, norėdami ištirti Žemės vidų. Atsižvelgiant į tai, kad Žemė yra pajėgi sustabdyti kai kuriuos milijardus didelės energijos dalelių, kurios įprasta praeiti pro ją, mokslininkai galėtų sukurti Žemės vidinės ir išorinės šerdies tyrimo metodą, nustatant tikslesnius jų dydžio ir tankio apribojimus.
Tai taip pat parodo, kad „IceCube“ observatorija gali pasiekti savo pradinį tikslą, kuris buvo dalelių fizikos ir neutrinų tyrimas. Kaip aiškiai rodo šis paskutinis tyrimas, jis taip pat gali prisidėti prie planetų mokslo tyrimų ir branduolinės fizikos. Fizikai taip pat tikisi panaudoti visą 86 eilučių „IceCube“ matricą, kad galėtų atlikti daugiametę analizę, tirdami dar didesnius neutrinų energijos diapazonus.
Kaip nurodė Jamesas Whitmore'as - Nacionalinio mokslo fondo (NSF) fizikos padalinio (kuris teikia palaikymą „IceCube“) programos direktorius, tai galėtų jiems leisti iš tikrųjų ieškoti fizikos, peržengiančios standartinį modelį.
„IceCube“ buvo sukurtas siekiant ištirti fizikos ribas ir tai padaryti, norint užginčyti esamą visatos prigimties suvokimą. Šis naujas atradimas ir kiti dar laukiami mokslinio atradimo dvasia “.
Nuo tada, kai 2012 m. Buvo atrastas Higso bozonas, fizikai buvo įsitikinę, kad ilga kelionė patvirtinti standartinį modelį buvo baigta. Nuo to laiko jie rinkinius nustatė toliau, tikėdamiesi rasti naują fiziką, kuri galėtų išspręsti kai kurias gilesnes Visatos paslaptis - t. Y. Supersimetriją, visko teoriją (ToE) ir kt.
Šiuo metu fizikams rūpi, kaip ir fizikos darbas aukščiausiu energijos lygiu (panašus į tuos, kurie egzistavo Didžiojo sprogimo metu). Jei jiems pasiseks, mes galime tiesiog suprasti, kaip veikia šis masinis dalykas, žinomas kaip Visata.
