Антарктична обсерваторія IceCube шукає «посланців Всесвіту»

21.04.2015 6:57 0

Нейтрино — це особливі частинки, які можуть проходити майже через все що завгодно на своєму шляху навіть від самих видалених областей Всесвіту. Землю постійно бомбардують мільярди нейтрино, які проходять прямо через земну кулю, будинки, тварин, людей — через все. Вкрай рідко вони взаємодіють з матерією, але гігантський експеримент IceCube, розташований на Південному полюсі, може виявляти зіткнення між нейтрино і атомами в льоду, використовуючи мережу детекторів. Результати останніх досліджень з Інституту Нільса Бора, поряд з іншими, виявили деякі фізичні властивості екзотичних і вкрай маловивчених частинок.

Нейтрино знаходяться серед найбільш поширених у природі частинок. Їх число значно перевищує число атомів у Всесвіті, але ми вкрай мало про них знаємо. Нейтрино — це тип частинок, створених у процесі Великого Вибуху і також вироблених надрами Сонця і жорстокими подіями на зразок найновіших. Нейтрино називають «примарними частинками», тому що вони практично не взаємодіють з матерією, спокійно проходячи через неї.

Вчені з 44 установ в 12 країнах є частиною міжнародного проекту IceCube, розташованого на Південному полюсі, який вивчає ці таємничі частинки з дивними властивостями.

IceCube — це гігантський детектор частинок, розташований у товщі льоду. Інструменти детектора стиснуті в 86 кабелях, кожен з 60 цифровими Optical Modules (надзвичайно чутливі датчики світла). Кожен кабель опускається в яму, виплавлену на глибині 2,5 км під льодом з допомогою дриля з гарячою водою. Детектор розташований глибоко під поверхнею — починається з 1,5 км нижче поверхні льоду і закінчується на дні, на глибині 2,5 км

Величезні розміри детектора (близько кубічного кілометра) необхідні, тому що нейтрино вкрай слабо взаємодіють з матерією, тому і з атомами льоду вони зустрічаються вкрай рідко. Коли таке зіткнення відбувається, народжується заряджена частинка, яка випускає випромінювання, яке можна виявити тільки з допомогою надзвичайно чутливого цифрового оптичного модуля.

«У проекті IceCube ми зареєстрували близько 35 нейтрино, які, швидше за все, прийшли з віддалених регіонів космосу. Вони володіють дуже високою енергією і, оскільки не взаємодіяли ні з чим під час своєї подорожі, можуть переносити інформацію з найвіддаленіших куточків Всесвіту. На додаток до рідкісним космічних нейтрино ми також вивчаємо нейтрино, створені в атмосфері Землі, з метою виявлення фізичних властивостей цих часток», — говорить Джейсон Коскінен, голова IceCube Group в Інституті Нільса Бора при Університеті Копенгагена.

Коли частки (протони) з високою енергією — наслідок бурхливих подій в космосі начебто наднових і квазарів — потрапляють в атмосферу Землі, утворюється спалах нейтрино, яка проходить через Землю. Нейтрино, утворені над Північним полюсом, проходять прямо через Землю, і дуже невелика їх частина потрапляє в лід Південного полюса, де детектор IceCube реєструє зіткнення.

Нейтрино — вкрай легкі частинки, і довгі роки вважалося, що у них абсолютно відсутній маса. В даний час вважають, що існує три типи нейтрино (електронне, мюонное і тау-нейтрино) зі своїми специфічними масами, які надзвичайно малі — менше однієї мільйонної маси електрона.

«Нейтрино, які народжуються в атмосфері над Північним полюсом, це в основному мюонні нейтрино. На своєму шляху через Землю, 13 000 км, мюонні нейтрино проходять через квантові флуктуації, які можуть змінити їх в інший тип нейтрино, тау-нейтрино, після чого їх виявити IceCube на іншому кінці земної кулі. Тепер ми можемо вивчати ці ефекти куди більш детально, ніж раніше, і таким чином отримувати нові дані про їх фізичних характеристик», — пояснює Джейсон Коскінен.

Дослідницька група вивчала атмосферні нейтрино в детекторі IceCube на Південному полюсі протягом трьох років і проаналізувала 5200 взаємодій між атмосферними нейтрино і атомами льоду.

«Ми підтвердили, що нейтрино піддаються флуктуаціям — навіть на високих рівнях енергії — і з’ясували, як саме вони виявляють ці реакції. У нашому дослідженні ми вимірювали тільки мюонні нейтрино, і порівняно з тим, скільки мюонним нейтрино утворюється в атмосфері і проходить через Землю, ми спостерігаємо на Південному полюсі незначну частку від цього. Пояснення в тому, що мюонні нейтрино піддаються квантовим флуктуаціям, які змінюють їх в тау-нейтрино, які ми вже не бачимо. Якщо б вони не змінювалися, ми б спостерігали їх всі. Наші розрахунки показують, що 20% піддаються квантовим флуктуаціям і змінюються з мюонним нейтрино в інший тип нейтрино у міру проходження через Землю», — говорить Коскінен.

Ну і навіщо це все, запитаєте ви?

Читайте: Археологи локалізували древню столицю єгипетського царства — «Білі стіни»

«Ми хочемо більше дізнатися про цих дивних частинках, які присутні всюди у Всесвіті і властивості яких ми досі не розуміємо в повній мірі. Оскільки нейтрино приходять з космосу, ми могли б використовувати їх в астрономічних спостереженнях і отримати нові знання про структуру Всесвіту».

Результати роботи були опубліковані в науковому журналі Physical Reviews D.

Следующая новость
Предыдущая новость

Смотреть Игру престолов 7 сезон онлайн Оборудование, удобрения и саженцы в интернете Лучший выбор квартир для аренды в Киеве Быстрое и эффективное обучение английскому языку Твердотопливные котлы для отопления: экономия для любого украинца

Последние новости