Neutrinas yra viena iš labiausiai sunkiai suvokiamų dalelių visatoje, nusileidžianti tik paslaptingajai tamsiajai medžiagai. Jie dalyvauja silpnoje branduolinėje sąveikoje ir yra atsakingi už branduolių sintezę ir skilimą. Kai įvyksta kažkas branduolinio, atsiranda neutrinai. Pavyzdžiui, Saulės šerdis yra milžiniška branduolių sintezės reakcija, todėl, žinoma, ji gamina gana daug neutrinų. Mokslininkai teigia, kad jei galėtumėte laikyti nykštį prieš Saulę, maždaug 60 milijardų neutrinų kas sekundę prasiskverbtų pro jūsų nykščio nagą. Tačiau neutrinai taip retai sąveikauja su medžiaga, kad nors trilijonai ir trilijonai jų praeina per jūsų kūną kas sekundę, per jūsų gyvenimą bendras neutrinų, kurie iš tikrųjų atsitrenks į jūsų kūną, skaičius yra tik vienas.
Neutrinos yra tokios vaiduokliškos, kad dešimtmečius fizikai manė, kad šios dalelės visai neturi masės ir keliauja per visatą šviesos greičiu. Naujausi tyrimai parodė, kad neutrinų yra nedaug, tačiau jie yra svarbūs. Tikslus masės kiekis yra aktyvių mokslinių tyrimų objektas. Yra trijų tipų neutrinai: elektroninis neutrinas, miuoninis neutrinas ir tau neutrinas. Kiekvienas iš jų dalyvauja skirtingų tipų branduolinėse reakcijose, ir, deja, visi trys neutrinų tipai turi neįtikėtiną galimybę keisti tapatybę keliaujant.
Neutrinų masė neturi paaiškinimo standartiniame dalelių fizikos modelyje, mūsų dabartinėje ir geriausioje pagrindinių sąveikų teorijoje. Taigi fizikai norėtų padaryti du dalykus: išmatuoti trijų tipų neutrinų mases ir suprasti, iš kur šios masės atsiranda. Tai reiškia, kad jie turi atlikti daugybę eksperimentų.
Pavyzdžiui, Japonijoje atliktas Kamiokande eksperimentas leido aptikti supernovos 1987A skleidžiamus neutrinus. Tam jiems reikėjo rezervuaro su daugiau nei 50 XNUMX tonų vandens. Antarktidoje esanti neutrinų observatorija „IceCube“ nusprendė pakelti kartelę. Šią observatoriją sudaro vientisas kubinis kilometras ledo Pietų ašigalyje, o dešimtys Eifelio bokšto dydžio imtuvų, panardintų į ledą kilometrą. Po dešimties veiklos metų „IceCube“ aptiko vienus energingiausių neutrinų istorijoje ir žengė pirmuosius žingsnius, siekdamas išsiaiškinti jų kilmę.
Taip pat įdomu:
- Pirmosios dalelės visatoje buvo atkurtos. Įspėjimas apie spoilerį: jie atrodo keistai
- Ukrainos fizikai dalyvavo atrandant naują elementariąją dalelę – oderoną
Kodėl Kamiokande ir IceCube naudoja tiek daug vandens? Mokslininkai teigia, kad didelis gabalas beveik bet ko gali būti neutrinų detektorius, tačiau grynas vanduo yra idealus. Kai vienas iš trilijonų pro šalį einančių neutrinų susiduria su atsitiktine vandens molekule, jis skleidžia trumpą šviesos blyksnį. Observatorijose yra šimtai fotoreceptorių, o vandens grynumas leidžia šiems detektoriams labai tiksliai nustatyti blykstės kryptį, kampą ir intensyvumą (jei vandenyje būtų nešvarumų, būtų sunku atkurti, iš kur blykstė kilo. tūris).
Šie tyrimai tinka paprastų, „kasdienių“ neutrinų paieškoms. Tačiau patys energingiausi neutrinai yra labai reti – jie yra patys žaviausi ir įdomiausi, nes juos gali sukelti tik didžiausi milžiniški įvykiai visatoje.
Deja, visa „IceCube“ galia po dešimtmečio stebėjimo sugebėjo užfiksuoti tik keletą šių itin galingų neutrinų. „Pacific Ocean Neutrino Experiment“ (P-ONE) iniciatyvos komanda pasiūlė izoliuotą, bet didžiulę Ramiojo vandenyno dalį paversti neutrinų detektoriumi. Spėjama, kad į vandenyno dugną bus nuleistos ilgos, kilometrų ilgio fotodetektorių stygos, prie kurių pritvirtintos plūdės, kad detektoriai vandenyje stovėtų vertikaliai, kaip milžiniški mechaniniai dumbliai.
Šiuo metu P-ONE dizainą sudaro septyni 10 eilučių klasteriai, kurių kiekvienoje yra 20 optinių elementų. Tai iš viso 1400 fotodetektorių, plūduriuojančių Ramiajame vandenyne kelių kilometrų atstumu. Kai neutrinai atsitrenks į vandenyno vandenį ir padarys nedidelį blyksnį, detektoriai galės jį atsekti.
Tačiau Ramusis vandenynas toli gražu nėra švarus, aplink plūduriuoja druska, planktonas ir visokios žuvų atliekos. Tai pakeis šviesos elgseną tarp gijų, todėl bus sunku tiksliai išmatuoti. Todėl mokslininkai pažymėjo, kad norint sureguliuoti visus kintamuosius ir patikimai sekti neutrinus, eksperimentą reikės nuolat kalibruoti. Tačiau P-ONE komanda šiuo klausimu dirba ir jau planuoja sukurti mažesnę dviejų srautų demonstracinę versiją kaip koncepcijos įrodymą.
Taip pat skaitykite:
- Astrofizikai pirmą kartą atsekė neutroninių žvaigždžių ir juodųjų skylių susiliejimą
- Naujai atrasta hibridinė dalelė gali pakeisti elektroniką