Neutrinoen er en af de mest undvigende partikler i universet, kun næst efter det supermystiske mørke stof. De deltager i den svage nukleare interaktion og er ansvarlige for nuklear fusion og henfald. Når der sker noget nukleart, er der neutrinoer. Solens kerne er for eksempel en kæmpe kernefusionsreaktion, så den producerer selvfølgelig en hel del neutrinoer. Forskere siger, at hvis du kunne holde tommelfingeren op mod Solen, ville cirka 60 milliarder neutrinoer passere gennem din tommelfingernegl hvert sekund. Men neutrinoer interagerer så sjældent med stof, at selvom trillioner og billioner af dem passerer gennem din krop hvert sekund, i løbet af din levetid er det samlede antal neutrinoer, der faktisk vil ramme din krop, ikke mere end én.
Neutrinoer er så spøgelsesagtige, at fysikere i årtier har antaget, at disse partikler slet ikke har nogen masse og rejser gennem universet med lysets hastighed. Nylige undersøgelser har bevist, at neutrinoer er få, men de er vigtige. Den nøjagtige mængde masse er genstand for aktiv videnskabelig forskning. Der er tre typer neutrinoer: elektronneutrinoen, muonneutrinoen og tau-neutrinoen. Hver er involveret i forskellige typer af nukleare reaktioner, og desværre har alle tre typer neutrinoer den uhyggelige evne til at ændre identitet, mens de rejser.
Neutrinomassen har ingen forklaring i partikelfysikkens standardmodel, vores nuværende og bedste teori om fundamentale interaktioner. Så fysikere vil gerne gøre to ting: måle masserne af de tre typer neutrinoer og forstå, hvor disse masser kommer fra. Det betyder, at de skal udføre en masse eksperimenter.
Kamiokande-eksperimentet i Japan gjorde det for eksempel muligt at detektere neutrinoer udsendt af supernovaen 1987A. Til dette havde de brug for en tank med mere end 50 tons vand. IceCube neutrino-observatoriet i Antarktis besluttede at hæve barren. Dette observatorium består af en solid kubikkilometer is på Sydpolen, med snesevis af rækker af modtagere på størrelse med Eiffeltårnet nedsænket en kilometer ned i isen. Efter ti års drift har IceCube opdaget nogle af de mest energiske neutrinoer i historien og taget de første skridt mod at finde deres oprindelse.
Også interessant:
- De første partikler i universet er blevet genskabt. Spoiler-alarm: de ser mærkelige ud
- Ukrainske fysikere deltog i opdagelsen af en ny elementær partikel - Oderonen
Hvorfor bruger både Kamiokande og IceCube så meget vand? Forskere siger, at et stort stykke af næsten alt kan være en neutrino-detektor, men rent vand er ideelt. Når en af de billioner af neutrinoer, der passerer forbi, kolliderer med et tilfældigt vandmolekyle, udsender den et kort lysglimt. Observatorierne indeholder hundredvis af fotoreceptorer, og vandets renhed gør det muligt for disse detektorer at bestemme retningen, vinklen og intensiteten af blitzen meget præcist (hvis vandet havde urenheder, ville det være svært at rekonstruere, hvor flashen kom fra inde i bind).
Disse undersøgelser er velegnede til søgninger efter almindelige, "daglige" neutrinoer. Men de mest energiske neutrinoer er ekstremt sjældne - og de er de mest fascinerende og interessante, fordi de kun kan være forårsaget af de største gigantiske begivenheder i universet.
Desværre var al kraften fra IceCube, efter et årti med observation, i stand til kun at fange en håndfuld af disse supermægtige neutrinoer. Holdet ved Pacific Ocean Neutrino Experiment (P-ONE)-initiativet har foreslået at forvandle et isoleret, men stort stykke af Stillehavet til en neutrino-detektor. Det antages, at lange, kilometerlange strenge af fotodetektorer vil blive sænket til bunden af havet, med flåd fastgjort til dem, så detektorerne står lodret i vandet, som gigantiske mekaniske alger.
I øjeblikket omfatter P-ONE-designet syv 10-strengs klynger, der hver indeholder 20 optiske elementer. Dette er i alt 1400 fotodetektorer, der flyder i Stillehavet i en afstand af flere kilometer. Når neutrinoerne rammer havvandet og laver et lille blink, vil detektorerne være i stand til at spore det.
Men Stillehavet er langt fra rent, med salt, plankton og al slags fiskeaffald, der flyder rundt. Dette vil ændre opførselen af lyset mellem filamenterne, hvilket gør det vanskeligt at måle nøjagtigt. Derfor bemærkede forskerne, at eksperimentet vil kræve konstant kalibrering for at justere alle variabler og pålideligt spore neutrinoer. P-ONE-teamet arbejder dog på dette og planlægger allerede at skabe en mindre to-stream demo som et proof of concept.
Læs også:
- Astrofysikere sporede for første gang sammensmeltningen af neutronstjerner og sorte huller
- En nyopdaget hybridpartikel kan revolutionere elektronik