Neutrinon är en av de mest svårfångade partiklarna i universum, näst efter den supermystiska mörka materian. De deltar i den svaga kärnkraftsinteraktionen och är ansvariga för kärnfusion och förfall. Närhelst något kärnkraft händer finns det neutriner. Solens kärna är till exempel en gigantisk kärnfusionsreaktion, så naturligtvis producerar den ganska många neutriner. Forskare säger att om du kunde hålla tummen mot solen, skulle cirka 60 miljarder neutrinos passera genom din tumnagel varje sekund. Men neutriner interagerar så sällan med materia att, även om biljoner och biljoner av dem passerar genom din kropp varje sekund, under din livstid är det totala antalet neutriner som faktiskt kommer att träffa din kropp inte mer än en.
Neutrinos är så spöklika att fysiker i årtionden har antagit att dessa partiklar inte har någon massa alls och färdas genom universum med ljusets hastighet. Nyligen genomförda studier har visat att neutriner är få, men de är viktiga. Den exakta mängden massa är föremål för aktiv vetenskaplig forskning. Det finns tre typer av neutrinon: elektronneutrino, myonneutrino och tau-neutrino. Var och en är involverad i olika typer av kärnreaktioner, och tyvärr har alla tre typerna av neutriner den kusliga förmågan att byta identitet när de reser.
Neutrinomassa har ingen förklaring i standardmodellen för partikelfysik, vår nuvarande och bästa teori om grundläggande interaktioner. Så fysiker skulle vilja göra två saker: mäta massorna av de tre typerna av neutriner och förstå var dessa massor kommer ifrån. Det gör att de måste genomföra en hel del experiment.
Kamiokande-experimentet i Japan gjorde det till exempel möjligt att upptäcka neutriner som sänds ut av supernovan 1987A. För detta behövde de en tank med mer än 50 XNUMX ton vatten. IceCube neutrinobservatorium i Antarktis beslutade att höja ribban. Detta observatorium består av en solid kubikkilometer is vid Sydpolen, med dussintals strängar av mottagare lika stora som Eiffeltornet nedsänkta en kilometer i isen. Efter tio års drift har IceCube upptäckt några av de mest energiska neutrinerna i historien och tagit de första stegen mot att hitta deras ursprung.
Också intressant:
- De första partiklarna i universum har återskapats. Spoiler alert: de ser konstiga ut
- Ukrainska fysiker deltog i upptäckten av en ny elementarpartikel - Oderonen
Varför använder både Kamiokande och IceCube så mycket vatten? Forskare säger att en stor bit av nästan vad som helst kan vara en neutrinodetektor, men rent vatten är idealiskt. När en av de biljoner neutriner som passerar förbi kolliderar med en slumpmässig vattenmolekyl, avger den en kort ljusblixt. Observatorierna innehåller hundratals fotoreceptorer, och vattnets renhet gör att dessa detektorer kan bestämma blixtens riktning, vinkel och intensitet mycket exakt (om vattnet hade föroreningar skulle det vara svårt att rekonstruera var blixten kom ifrån volym).
Dessa studier är lämpliga för sökningar efter vanliga, "vardagliga" neutriner. Men de mest energiska neutrinorna är extremt sällsynta – och de är de mest fascinerande och intressanta eftersom de bara kan orsakas av de största jättehändelserna i universum.
Tyvärr kunde all kraft i IceCube, efter ett decennium av observation, bara fånga en handfull av dessa superkraftiga neutriner. Teamet vid initiativet Pacific Ocean Neutrino Experiment (P-ONE) har föreslagit att förvandla en isolerad men stor del av Stilla havet till en neutrinodetektor. Det antas att långa, kilometerlånga strängar av fotodetektorer kommer att sänkas ner till havets botten, med flöten fästa vid dem, så att detektorerna står vertikalt i vattnet, som gigantiska mekaniska alger.
För närvarande inkluderar P-ONE-designen sju kluster med 10 strängar, som var och en innehåller 20 optiska element. Detta är totalt 1400 XNUMX fotodetektorer som flyter i Stilla havet på flera kilometers avstånd. När neutrinerna träffar havsvattnet och gör en liten blixt kommer detektorerna att kunna spåra det.
Men Stilla havet är långt ifrån rent, med salt, plankton och all sorts fiskavfall som flyter omkring. Detta kommer att ändra beteendet hos ljuset mellan filamenten, vilket gör det svårt att mäta exakt. Därför noterade forskarna att experimentet kommer att kräva konstant kalibrering för att justera alla variabler och pålitligt spåra neutriner. P-ONE-teamet arbetar dock med detta och planerar redan att skapa en mindre tvåströmsdemo som ett bevis på konceptet.
Läs också:
- Astrofysiker spårade för första gången sammanslagning av neutronstjärnor och svarta hål
- En nyupptäckt hybridpartikel kan revolutionera elektroniken