Neutriino on yksi universumin vaikeasti havaittavista hiukkasista, toiseksi vain supersalaperäisen pimeän aineen jälkeen. Ne osallistuvat heikon ydinvuorovaikutukseen ja ovat vastuussa ydinfuusion ja hajoamisen aiheuttamista. Aina kun jotain ydinvoimaa tapahtuu, on neutriinoja. Esimerkiksi Auringon ydin on jättimäinen ydinfuusioreaktio, joten tietysti se tuottaa melko paljon neutriinoja. Tiedemiehet sanovat, että jos pystyisit pitämään peukaloasi aurinkoa kohti, noin 60 miljardia neutriinoa kulkeutuisi peukalonkynnesi läpi joka sekunti. Mutta neutriinot ovat niin harvoin vuorovaikutuksessa aineen kanssa, että vaikka biljoonia ja biljoonia niitä kulkee kehosi läpi joka sekunti, elinaikasi aikana kehoosi osuvien neutriinojen kokonaismäärä on vain yksi.
Neutriinot ovat niin aavemaisia, että fyysikot ovat vuosikymmenten ajan olettaneet, että näillä hiukkasilla ei ole lainkaan massaa ja ne kulkevat maailmankaikkeuden läpi valon nopeudella. Viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että neutriinoja on vähän, mutta ne ovat tärkeitä. Tarkka massan määrä on aktiivisen tieteellisen tutkimuksen kohteena. Neutriinoja on kolmenlaisia: elektronineutrino, myonineutrino ja tau-neutrino. Jokainen osallistuu erityyppisiin ydinreaktioihin, ja valitettavasti kaikilla kolmella neutriinotyypillä on käsittämätön kyky muuttaa identiteettiään matkustaessaan.
Neutriinomassalla ei ole selitystä hiukkasfysiikan vakiomallissa, nykyisessä ja parhaassa perusvuorovaikutteisessa teoriassamme. Joten fyysikot haluaisivat tehdä kaksi asiaa: mitata kolmen tyyppisten neutriinojen massat ja ymmärtää, mistä nämä massat tulevat. Tämä tarkoittaa, että heidän on suoritettava paljon kokeita.
Esimerkiksi Japanissa suoritettu Kamiokande-koe mahdollisti supernova 1987A:n lähettämien neutriinojen havaitsemisen. Tätä varten he tarvitsivat säiliön, jossa oli yli 50 XNUMX tonnia vettä. Etelämantereella sijaitseva IceCube-neutrinoobservatorio päätti nostaa rimaa. Tämä observatorio koostuu kiinteästä kuutiokilometristä jäätä etelänavalla, ja kymmeniä Eiffel-tornin kokoisia vastaanotinsarjoja on upotettu kilometrin päähän jään alle. Kymmenen vuoden toiminnan jälkeen IceCube on havainnut historian energisimpiä neutriinoja ja ottanut ensimmäiset askeleet niiden alkuperän selvittämiseksi.
Mielenkiintoista myös:
- Universumin ensimmäiset hiukkaset on luotu uudelleen. Spoilerivaroitus: ne näyttävät oudolta
- Ukrainalaiset fyysikot osallistuivat uuden alkuainehiukkasen - oderonin - löytämiseen
Miksi sekä Kamiokande että IceCube käyttävät niin paljon vettä? Tiedemiehet sanovat, että suuri pala melkein mitä tahansa voi olla neutriinoilmaisin, mutta puhdas vesi on ihanteellinen. Kun yksi biljoonista ohikulkivista neutriinoista törmää satunnaiseen vesimolekyyliin, se lähettää lyhyen valon välähdyksen. Observatorioissa on satoja fotoreseptoreita, ja veden puhtauden ansiosta nämä ilmaisimet voivat määrittää salaman suunnan, kulman ja voimakkuuden erittäin tarkasti (jos vedessä olisi epäpuhtauksia, olisi vaikea rekonstruoida, mistä salama tuli salaman sisältä). äänenvoimakkuus).
Nämä tutkimukset soveltuvat tavallisten "jokapäiväisten" neutriinojen etsimiseen. Mutta energisimmat neutriinot ovat erittäin harvinaisia – ja ne ovat kiehtovimpia ja mielenkiintoisimpia, koska ne voivat johtua vain maailmankaikkeuden suurimmista jättiläistapahtumista.
Valitettavasti IceCuben koko teho kykeni vangitsemaan vain kourallisen näitä supervoimakkaita neutriinoja vuosikymmenen havainnoinnin jälkeen. Pacific Ocean Neutrino Experiment (P-ONE) -aloitteen tiimi on ehdottanut eristetyn mutta valtavan Tyynenmeren osan muuttamista neutriinoilmaisimeksi. Oletetaan, että valtameren pohjalle lasketaan pitkiä kilometriä pitkiä valoilmaisimien sarjoja, joihin on kiinnitetty kellukkeet, niin että ilmaisimet seisovat pystysuorassa vedessä, kuten jättiläismekaaniset levät.
Tällä hetkellä P-ONE-mallissa on seitsemän 10-merkkistä klusteria, joista jokainen sisältää 20 optista elementtiä. Tämä on yhteensä 1400 XNUMX valoilmaisinta, jotka kelluvat Tyynellämerellä useiden kilometrien etäisyydellä. Kun neutriinot osuvat valtameren veteen ja tekevät pienen välähdyksen, ilmaisimet pystyvät jäljittämään sen.
Mutta Tyynimeri on kaukana puhtaasta, sillä suolaa, planktonia ja kaikenlaista kalajätteitä kelluu ympäriinsä. Tämä muuttaa valon käyttäytymistä filamenttien välillä, mikä vaikeuttaa tarkkaa mittaamista. Siksi tutkijat totesivat, että koe vaatii jatkuvaa kalibrointia kaikkien muuttujien säätämiseksi ja neutriinojen luotettavaksi seuraamiseksi. P-ONE-tiimi työskentelee kuitenkin tämän parissa ja suunnittelee jo pienemmän kaksivirtaisen demon luomista konseptin todisteeksi.
Lue myös:
- Astrofyysikot jäljittelivät ensimmäistä kertaa neutronitähtien ja mustien aukkojen sulautumista
- Äskettäin löydetty hybridihiukkanen voi mullistaa elektroniikan