Neutrino a fost de peste 10.000 de ori peste limitele celui mai bun accelerator al nostru de particule.
Modulul de detectare optică a detectorului de neutrino KM3NET. Credit: Patrick Dumas/CNRS
Miercuri, o echipă de cercetători a anunțat că au avut extrem de norocoși. Echipa construiește un detector pe podeaua Mării Mediterane care poate identifica acele rare ocazii în care un neutrino se întâmplă să interacționeze cu apa de mare din apropiere. Și în timp ce detectorul a fost doar 10 la sută din dimensiunea pe care o va fi finalizată, a reușit să ridice cel mai energic neutrino detectat vreodată.
Pentru context, cel mai puternic accelerator de particule de pe Pământ, marele colizor de hadron, accelerează protonii la o energie de 7 tera-electronvolte (TEV). Neutrino care a fost detectat a avut o energie de cel puțin 60 de electronvolte peta, care ar putea atinge 230 PEV. De asemenea, asta a eliminat înregistrările anterioare, care se aflau în vecinătatea a 10 PEV.
Încercările de a urmări neutrino pe o sursă fac clar că a avut originea în afara galaxiei noastre, deși există o serie de surse candidate în universul mai îndepărtat.
Căutarea neutrinilor
Neutrinii, în măsura în care sunt celebri, sunt faimoși pentru că nu doresc să interacționeze cu nimic. Ei interacționează cu materia obișnuită atât de rar încât este estimat că veți avea nevoie de un an ușor de trecut pentru a bloca complet o sursă strălucitoare a acestora. Fiecare dintre noi are zeci de miliarde de neutrini care trec prin noi în fiecare secundă, dar mai puțin de cinci dintre ei interacționează de fapt cu problema din corpul nostru în întreaga noastră viață.
Singurul motiv pentru care suntem capabili să le detectăm este că sunt produse în cantități prodigioase prin reacții nucleare, cum ar fi fuziunea care se întâmplă la soare sau la o centrală nucleară. De asemenea, stivuim puntea asigurându -ne că detectoarele noastre au o mulțime de materii disponibile pentru ca neutrinii să interacționeze.
Una dintre cele mai reușite implementări ale abordării „mult materie” este Detector de gheață în Antarctica. Se bazează pe faptul că neutrinii care ajung din spațiu vor crea o mulțime de particule și lumină atunci când trântesc în gheața Antarctică. Așadar, o echipă a găurit în gheață și a așezat șirurile de detectoare pentru a ridica lumina, permițând reconstruirea sosirii neutrinilor.
Proiectul KM3NET este construit pe premisa că Antarctica este extrem de incomodă. În schimb, construiește doi detectori pe podeaua Mediteranei: Arca, la aproximativ 3,5 kilometri în apropiere de Sicilia și Orca, 2,5 kilometri adâncime și fiind construit în largul coastei în Franța. Acestea sunt mult mai ușor de construit și de conectat la infrastructura de cercetare, dar sacrifică un pic de precizie în reconstrucția pistei unui neutrino, deoarece cablurile care mențin detectoarele în derivă un pic în curenți.
La începutul anului 2023, doar aproximativ 10 la sută din cablurile care vor ține în cele din urmă detectoare pe fundul mării erau pe loc. Dar asta era tot ce era necesar pentru a alege un eveniment extrem.
Energie de rezervă
Acest eveniment a început undeva în afara detectorului, unde Neutrino -ul de intrare a suferit o interacțiune care a produs un muon, o rudă mai grea a electronului. Muonul a intrat apoi în zona acoperită de detector și a început să se bazeze pe lucruri, producând fotoni și câteva dușuri de particule, care apoi au produs și mai multă lumină. Era atât de energic încât detectoarele cele mai apropiate punctului său de sosire au fost complet saturați; În total, peste o treime din detectorii individuali din întregul tablou au ridicat o anumită indicație a pasajului lui Muon.
Pe baza calendarului semnalelor și a cantității de energie eliberată, cercetătorii au putut estima direcția de origine a muonului, ceea ce sugerează că a călătorit aproximativ paralel cu suprafața pământului. Modelând semnalele primite de detectori, cercetătorii estimează că Muon a venit cu o energie între 60 și 230 PEV. Combinate, acestea ne spun că Muonul trebuia să fie produsul unui neutrino care interacționează cu oceanul din apropierea detectorului.
Niciun proces care are loc pe Pământ nu poate produce un muon cu aceste tipuri de energii. Acestea pot fi produse atunci când razele cosmice cu energie mare lovesc atmosfera, dar Muons nu supraviețuiesc suficient de mult pentru a ajunge din atmosferă până la fundul oceanului de-a lungul unei traiectorii plate ca acesta a călătorit. Și singura particulă pe care o cunoaștem despre asta poate supraviețui pentru a ajunge pe fundul oceanului, fără a interacționa cu ceva este un neutrino.
Întrucât Muon a fost un produs al unei interacțiuni cu neutrino, energia pe care o poartă trebuie să fi fost moștenită de la neutrino în sine. Și asta înseamnă că neutrino -ul original avea probabil o energie și mai mare decât Muon, ceea ce înseamnă că este în mod clar cea mai energică particulă de acest fel pe care am detectat -o vreodată.
Cum a ajuns aici?
Ceea ce nu avem este o explicație satisfăcătoare a modului în care a obținut toată energia. Una dintre idei este că razele gamma cu energie mare pot converti energia în materie prin interacțiunea cu radiațiile de fundal cosmice, oferind particulele nou create cu multă energie în acest proces. Totuși, o căutare a galaxiei noastre în direcția originii neutrino nu a dezvăluit nicio sursă de raze gamma.
Mai departe, există o serie de blazars, care sunt cvasare care sunt orientate, astfel încât jeturile de lumină și particulele pe care le produc să se îndrepte direct pe Pământ. În total, echipa de cercetare a identificat aproximativ o duzină de obiecte astronomice cu energie mare, în direcția aspră din care provenea particula și două care se află într-o abatere de un procent de pe calea prevăzută.
Deci, probabil, evenimentul ne spune ceva despre cosmos, dar nu suntem deloc siguri ce este încă.
Între timp, construcția celor doi detectori continuă. Odată complet operațional, se vor alătura ICECube pentru a ne oferi date despre neutrinii care au apărut în afara galaxiei noastre. Dacă există surse care ne trimit în mod regulat neutrinii cu energie mare, ca trei detectoare care adună date asupra lor ar trebui să ne ofere o indicație mult mai bună a locului în care se află acele surse. Asta înseamnă că ar trebui să putem imagina simultan obiectele folosind atât lumină cât și particule.
Natura, 2025. Doi: 10.1038/s41586-024-08543-1 (Despre Dois)
John este editorul științific al ARS Technica. Are un licențiat în arte în biochimie de la Universitatea Columbia și un doctorat. în biologie moleculară și celulară de la Universitatea din California, Berkeley. Când este despărțit fizic de tastatura sa, el tinde să caute o bicicletă sau o locație pitorească pentru comunicarea cu cizmele sale de drumeție.
Comentarii recente