Nøytrinoen er en av de mest unnvikende partiklene i universet, nest etter den supermystiske mørke materien. De deltar i det svake kjernefysiske samspillet og er ansvarlige for kjernefysisk fusjon og forfall. Når noe kjernefysisk skjer, er det nøytrinoer. Solens kjerne er for eksempel en gigantisk atomfusjonsreaksjon, så den produserer selvfølgelig ganske mange nøytrinoer. Forskere sier at hvis du kunne holde tommelen opp mot solen, ville omtrent 60 milliarder nøytrinoer passert gjennom tommelen din hvert sekund. Men nøytrinoer samhandler så sjelden med materie at selv om trillioner og billioner av dem passerer gjennom kroppen din hvert sekund, i løpet av livet ditt er det totale antallet nøytrinoer som faktisk vil treffe kroppen din ikke mer enn én.
Nøytrinoer er så spøkelsesaktige at fysikere i flere tiår har antatt at disse partiklene ikke har noen masse i det hele tatt og reiser gjennom universet med lysets hastighet. Nyere studier har vist at nøytrinoer er få, men de er viktige. Den nøyaktige mengden masse er gjenstand for aktiv vitenskapelig forskning. Det finnes tre typer nøytrinoer: elektronnøytrino, myonnøytrino og tau-nøytrino. Hver er involvert i forskjellige typer kjernefysiske reaksjoner, og dessverre har alle tre typene nøytrinoer den uhyggelige evnen til å endre identitet mens de reiser.
Nøytrinomasse har ingen forklaring i Standardmodellen for partikkelfysikk, vår nåværende og beste teori om grunnleggende interaksjoner. Så fysikere vil gjerne gjøre to ting: måle massene til de tre typene nøytrinoer og forstå hvor disse massene kommer fra. Det betyr at de må gjennomføre mange eksperimenter.
Kamiokande-eksperimentet i Japan gjorde det for eksempel mulig å oppdage nøytrinoer som ble sendt ut av supernovaen 1987A. Til dette trengte de en tank med mer enn 50 XNUMX tonn vann. IceCube nøytrinoobservatoriet i Antarktis bestemte seg for å heve listen. Dette observatoriet består av en solid kubikkkilometer med is på Sydpolen, med dusinvis av rekker av mottakere på størrelse med Eiffeltårnet nedsenket en kilometer ned i isen. Etter ti års drift har IceCube oppdaget noen av de mest energiske nøytrinoene i historien og tatt de første skrittene mot å finne deres opprinnelse.
Også interessant:
- De første partiklene i universet er gjenskapt. Spoilervarsel: de ser rare ut
- Ukrainske fysikere deltok i oppdagelsen av en ny elementær partikkel - Oderon
Hvorfor bruker både Kamiokande og IceCube så mye vann? Forskere sier at et stort stykke av nesten hva som helst kan være en nøytrino-detektor, men rent vann er ideelt. Når en av trillionene av nøytrinoer som går forbi kolliderer med et tilfeldig vannmolekyl, sender den ut et kort lysglimt. Observatoriene inneholder hundrevis av fotoreseptorer, og renheten til vannet gjør at disse detektorene kan bestemme retningen, vinkelen og intensiteten til blitsen veldig nøyaktig (hvis vannet hadde urenheter, ville det være vanskelig å rekonstruere hvor blitsen kom fra innenfor volum).
Disse studiene egner seg for søk etter vanlige, «hverdagslige» nøytrinoer. Men de mest energiske nøytrinoene er ekstremt sjeldne – og de er de mest fascinerende og interessante fordi de bare kan være forårsaket av de største gigantiske hendelsene i universet.
Dessverre var all kraften til IceCube, etter et tiår med observasjon, i stand til å fange bare en håndfull av disse supermektige nøytrinoene. Teamet ved Pacific Ocean Neutrino Experiment (P-ONE)-initiativet har foreslått å gjøre et isolert, men stort stykke av Stillehavet om til en nøytrino-detektor. Det antas at lange, kilometerlange strenger av fotodetektorer vil bli senket til bunnen av havet, med flottører festet til dem, slik at detektorene står vertikalt i vannet, som gigantiske mekaniske alger.
For øyeblikket inkluderer P-ONE-designet syv 10-strengs klynger, som hver inneholder 20 optiske elementer. Dette er totalt 1400 fotodetektorer som flyter i Stillehavet i en avstand på flere kilometer. Når nøytrinoene treffer havvannet og lager et lite blink, vil detektorene kunne spore det.
Men Stillehavet er langt fra rent, med salt, plankton og all slags fiskeavfall som flyter rundt. Dette vil endre oppførselen til lyset mellom filamentene, noe som gjør det vanskelig å måle nøyaktig. Derfor bemerket forskerne at eksperimentet vil kreve konstant kalibrering for å justere alle variabler og pålitelig spore nøytrinoer. P-ONE-teamet jobber imidlertid med dette og planlegger allerede å lage en mindre to-stream-demo som et proof of concept.
Les også:
- Astrofysikere sporet for første gang sammenslåingen av nøytronstjerner og sorte hull
- En nyoppdaget hybridpartikkel kan revolusjonere elektronikken