Spøkelsesaktige kosmiske nøytrinoer stoppes kalde av planeten jorden, nye studier viser
IceCube -laboratoriet i Antarktis, bakset av Melkeveien og en aurora i horisonten. Bilde tatt i mai 2017. (Bildekreditt: Martin Wolf/IceCube/NSF)
Subatomiske partikler kalt nøytrinoer er notorisk vanskelig å fange fordi de passerer gjennom vanlig materie som spøkelser. Men en ny studie viser at nøytrinoer med høy energi fra kosmiske kilder ikke er helt ustoppelige.
Forskere fra IceCube-eksperimentet i Antarktis kunngjorde denne uken at de har målt hastigheten med høyenergienøytrinoer som interagerer med vanlig materie i stedet for å passere uhindret.
'Å forstå hvordan nøytrinoer samhandler er nøkkelen til driften av IceCube,' sa Francis Halzen, professor i fysikk ved University of Wisconsin-Madison og IceCube-hovedforsker, i en uttalelse fra universitetet. [ IceCube -bilder: Physics Lab Buried Under Antarctic Ice ]
IceCube -eksperimentet ble først og fremst designet for å studere aspekter ved partikkelfysikk, men nøytrinoer kan også avsløre ny informasjon om energiske kosmiske hendelser, som eksploderende stjerner eller kolliderende sorte hull. De kan til og med gi forskere nye ledetråder om mysteriet med mørk materie.
Denne illustrasjonen viser hvordan muon -nøytrinoer kan komme frem til IceCube -detektoren via forskjellige stier gjennom jorden. Neutrinoer med høyere energi og med innkommende retninger nærmere Nordpolen er mer sannsynlig å samhandle med materie på vei gjennom jorden.(Bildekreditt: IceCube Collaboration)
Gjennom jorden
Neutrinoer påvirker egentlig ikke de fleste menneskers hverdagsliv: de utgjør ikke atomer (som elektroner, protoner og nøytroner), og de spiller ikke en avgjørende rolle for objekter i massen (som Higgs boson ). Og likevel passerer rundt 100 billioner nøytrinoer gjennom kroppen din hvert sekund, ifølge en uttalelse fra IceCube -samarbeidet. De fleste av disse nøytrinoene kommer fra solen, som slipper en konstant strøm av lavenergienøytrinoer ut i verdensrommet.
Nøytrinoene som IceCube søker - de fra kosmiske kilder - er nesten en million ganger mer energiske enn solneutrinoer. Disse nøytrinoer med høy energi kan frigjøres av en rekke kosmiske hendelser, inkludert supernovaer (eksploderende stjerner), kollisjoner med sorte hull og gammastråler (som kan ha flere årsaker, inkludert kolliderende nøytronstjerner).
'Vi sier alltid at ingen andre partikler enn nøytrinoen kan gå gjennom jorden,' sa Halzen i uttalelsen fra University of Wisconsin. 'Imidlertid har nøytrinoen en liten sannsynlighet for å samhandle, og denne sannsynligheten øker med energi.'
IceCube -detektoren er begravet under 1,6 kilometer is, og samler nøytrinoer som kommer gjennom jorden fra alle retninger. Dermed er detektoren i stand til å observere hvor mange nøytrinoer som stoppes når de passerer gjennom planeten på forskjellige dybder.
IceCube Lab med Sydpolen i bakgrunnen. Tatt i mars 2017.(Bildekreditt: Martin Wolf/IceCube/NSF)
IceCube-forskerne fant ut at det var færre energiske nøytrinoer som kom hele veien gjennom jorden til IceCube-detektoren enn fra mindre hindrede stier, for eksempel de som kommer inn på nesten horisontale baner, sier tjenestemenn i uttalelsen fra samarbeidet.
Hastigheten som nøytrinoer skal samhandle med vanlig materie, basert på nøytrinoenes energi, kalles nøytrino -tverrsnittet. Disse verdiene er spådd av standardmodellen for fysikk , som er den mest nøyaktige modellen forskere har satt sammen om hvordan den fysiske verden skal oppføre seg. Et resultat som ser ut til å motsi standardmodellen, kan indikere at forskere hadde snublet inn i 'ny fysikk' eller et aspekt av universet som ennå ikke er spådd.
'Vi håpet selvfølgelig på at ny fysikk skulle dukke opp, men vi finner dessverre ut at standardmodellen, som vanlig, tåler testen,' sa Halzen i uttalelsen.
Sett i is
De IceCube observatorium består av en rekke 5160 detektorer i basketballstørrelse, fordelt jevnt langs 86 'strenger' som faller ned i borehull i isen. Til sammen tar strengene og detektorene opp 0,24 kubikkmil (1 kubikk km) is, som ligger 1,6 kilometer under den geografiske sørpolen.
Når nøytrinoer absorberes av eller kolliderer med partikler av vanlig materie, gir interaksjonen dusj av sekundære partikler. Disse partiklene genererer lys i IceCube -enheten, som detektoren plukker opp. Forskere kan bruke signalet til å måle energien til den originale nøytrinoen og retningen den kom fra.
En IceCube -sensor, festet til en 'snor', faller ned i et hull i den antarktiske isen.(Bildekreditt: NSF/B. Gudbjartsson)
Isen blokkerer andre partikler enn nøytrinoer som ville samhandle med detektoren og skape støy i dataene.
Det er mulig at med flere data kan forskere bruke IceCube for å studere jordens indre, kanskje kartlegge tykkelsen og dens indre og ytre kjerner, ifølge uttalelsene. Det nye papiret er bare avhengig av data fra ett års IceCube -observasjoner - mellom mai 2010 og mai 2011 - så det er fortsatt mer for forskerne å analysere.
'Vi har mer enn syv års data i boksen med den ferdige detektoren; Derfor vil vi levere en mye mer presis måling i fremtiden, sier Halzen i uttalelsen fra University of Wisconsin.
Følg Calla Cofield @callacofield . Følg oss @Spacedotcom , Facebook og Google+ . Original artikkel om guesswhozoo.com .
