Antarktika'daki Amundsen-Scott Güney Kutbu İstasyonu'nda, nötrino olarak bilinen temel parçacıkların araştırılmasına adanmış bir tesis olan IceCube Neutrino Rasathanesi bulunmaktadır. Bu dizi, kübik kilometre temiz buz içine gömülü 5.160 küresel optik sensörden (Dijital Optik Modüller (DOM)) oluşur. Şu anda, bu gözlemevi dünyadaki en büyük nötrino dedektörüdür ve son yedi yıldır bu parçacıkların nasıl davrandığını ve etkileşime girdiğini incelemiştir.
IceCube işbirliğiyle Pennsylvania State Üniversitesi'nden fizikçilerin yardımıyla yayınlanan en son çalışma, Dünya'nın nötrinoları ilk kez engelleme yeteneğini ölçtü. Parçacık Fiziğinin Standart Modeli ile tutarlı olarak, trilyonlarca nötrinoların Dünya'dan (ve bizden) düzenli olarak geçerken, bazılarının zaman zaman durdurulduğunu belirlediler.
“Toprak Emilimini Kullanarak IceCube ile Çoklu TeV Nötrino Etkileşimi Kesitinin Ölçülmesi” başlıklı çalışma, yakın zamanda bilimsel dergide yayınlandı. Doğa. Çalışma ekibinin sonuçları, gözlemevinde bir yıl boyunca kaydedilen yüksek enerjili, yukarı doğru hareket eden nötrinoların yaptığı 10.784 etkileşimin gözlemlenmesine dayanıyordu.
2013 yılında, yüksek enerjili nötrinoların ilk tespitleri IceCube işbirliği ile yapıldı. Köken olarak astrofizik olduğuna inanılan bu nötrinolar, peta-elektron volt aralığındaydı ve bugüne kadar keşfedilen en yüksek enerji nötrinoları haline geldi. IceCube, hızlı hareket eden yüklü parçacıklar normal madde ile etkileşerek yavaşlatıldıktan sonra üretilen Cherenkov radyasyonunu arayarak bu etkileşimlerin işaretlerini arar.
Berrak buzla etkileşime giren nötrinoları tespit ederek, IceCube cihazları nötrinoların enerjisini ve hareket yönünü tahmin edebildi. Bununla birlikte, bu tespitlere rağmen, gizem, herhangi bir maddenin uzayda yolculuk ederken bir nötrinoyu durdurabilip durduramayacağı olarak kaldı. Parçacık Fiziğinin Standart Modeli uyarınca, bu arada sırada olması gereken bir şeydir.
Bilim ekibi, bir yıl boyunca IceCube'deki etkileşimleri gözlemledikten sonra, Dünya'nın en uzağına gitmek zorunda olan nötrinoların dedektöre ulaşma olasılığının daha düşük olduğunu buldu. Penn State'de fizik ve astronomi / astrofizik profesörü Doug Cowen'in Penn State basın bülteninde açıkladığı gibi:
“Bu başarı önemlidir, çünkü ilk defa, çok yüksek enerjili nötrinoların bir şey tarafından emilebileceğini gösterir - bu durumda Dünya. Düşük enerjili nötrinoların hemen hemen her şeyden geçtiğini biliyorduk, ancak yüksek enerjili nötrinoların farklı olmasını beklememize rağmen, daha önceki hiçbir deney, yüksek enerjili nötrinoların herhangi bir şey tarafından durdurulabileceğine ikna edici bir şekilde gösteremedi. ”
Nötrinoların varlığı ilk olarak 1930'da, varlığını enerji yasasının korunması açısından beta bozunumunu açıklamanın bir yolu olarak kabul eden teorik fizikçi Wolfgang Pauli tarafından önerildi. Bunlar elektriksel olarak nötr oldukları ve sadece madde ile çok zayıf bir şekilde - yani zayıf atomaltı kuvvet ve yerçekimi ile - etkileştikleri için adlandırılırlar. Bu nedenle, nötrinolar normal maddeden düzenli olarak geçer.
Nötrinolar düzenli olarak burada yıldızlar ve nükleer reaktörler tarafından üretilirken, ilk nötrinolar Büyük Patlama sırasında oluşmuştur. Bu nedenle normal madde ile etkileşimlerinin incelenmesi, bize Evrenin milyarlarca yıl boyunca nasıl evrimleştiği hakkında çok şey söyleyebilir. Birçok bilim adamı, nötrinoların çalışmasının, Standart Modelin ötesine geçen yeni fiziğin varlığını göstereceğini öngörmektedir.
Bu nedenle, bilim ekibi sonuçlarıyla biraz şaşırdı (ve belki de hayal kırıklığına uğradı). IceCube Neutrino Rasathanesi'nin baş araştırmacısı ve Wisconsin-Madison Üniversitesi'nde fizik profesörü olan Francis Halzen'in açıkladığı gibi:
“Nötrinoların nasıl etkileşime girdiğini anlamak IceCube'un çalışması için anahtardır. Elbette bazı yeni fiziklerin ortaya çıkmasını umuyorduk, ancak ne yazık ki Standart Modelin her zamanki gibi teste dayanabileceğini görüyoruz.
Çoğunlukla, bu çalışma için seçilen nötrinolar Güneşimiz veya nükleer santrallerimiz tarafından üretilenlerden bir milyon kat daha enerjikti. Analiz ayrıca doğada astrofizik olan - yani Dünya atmosferinin ötesinde üretilen - ve süper kütleli kara delikler (SMBH'ler) tarafından Dünya'ya doğru hızlandırılmış olabilecek bazılarını da içeriyordu.
Alberta Üniversitesi'nde fizik profesörü olan Darren Grant, aynı zamanda IceCube İşbirliği sözcüsüdür. Belirttiği gibi, bu son etkileşim çalışması gelecekteki nötrino araştırmaları için kapıları açıyor. “Nötrinoların davranışlarıyla bizi şaşırtmanın oldukça kazanılmış bir ünü var” dedi. “Bu ilk ölçümü ve gelecekteki hassasiyet testleri için sahip olduğu potansiyeli görmek inanılmaz heyecan verici.”
Bu çalışma sadece Dünya'nın nötrinoları emiliminin ilk ölçümünü sağlamakla kalmadı, aynı zamanda Dünya'nın iç mekanını keşfetmek için nötrinoları kullanmayı ümit eden jeofizik araştırmacılara da fırsatlar sunuyor. Dünya'nın rutin olarak içinden geçen milyarlarca yüksek enerjili parçacıkları durdurabildiği göz önüne alındığında, bilim adamları, boyutlarına ve yoğunluklarına daha doğru kısıtlamalar koyarak, Dünya'nın iç ve dış çekirdeğini incelemek için bir yöntem geliştirebilirler.
Aynı zamanda IceCube Gözlemevi'nin parçacık fiziği araştırması ve nötrino çalışmaları olan orijinal amacının ötesine geçebildiğini göstermektedir. Bu son çalışmanın açıkça gösterdiği gibi, gezegensel bilim araştırmalarına ve nükleer fiziğe de katkıda bulunabilmektedir. Fizikçiler ayrıca, çok yıllık nötrino enerjilerini inceleyerek çok yıllı bir analiz yapmak için tam 86-string IceCube dizisini kullanmayı umuyorlar.
Ulusal Bilim Vakfı'nın (NSF) fizik bölümü (IceCube için destek sağlayan) program direktörü James Whitmore'un belirttiği gibi, bu onların Standart Modelin ötesine geçen fiziği gerçekten aramalarına izin verebilir.
“IceCube hem fiziğin sınırlarını keşfetmek hem de evrenin doğası hakkındaki mevcut algılara meydan okumak için inşa edildi. Bu yeni bulgu ve henüz gelmeyecek olanlar bilimsel keşif ruhunda. ”
2012'de Higgs bozonunun keşfinden bu yana, fizikçiler, Standart Modeli onaylamak için uzun bir yolculuğun tamamlandığını bildiler. O zamandan beri, Evren'in daha derin gizemlerinden bazılarını - yani süpersimetri, Her şeyin Teorisi (ToE), vb.
Bu, aynı zamanda fiziğin en yüksek enerji seviyelerinde (Büyük Patlama sırasında var olanlara benzer şekilde) nasıl çalıştığını incelemek de fizikçilerin mevcut meşguliyetidir. Başarılı olursa, Evren olarak bilinen bu devasa şeyin nasıl çalıştığını anlayabiliriz.
