Највећи телескоп на свету IceCube (Kоцка леда), који се налази на Антарктику, први пут је потврдио постојање неутрина високих енергија у Млечном путу. Овај успех, представљен у часопису Science, требало би да отвори врата за нову астрономију утемељену на честицама који могу проћи кроз готово све препреке, укључујући густе облаке гасова и прашине, чак велика свемирска тела, кроз која не могу електромагнетски таласи.
Што су неутрини? Мале, електрично неутралне честице које настају у радиоактивним распадима у нуклеаркама, у екстремним окружењима попут оних око масивних црних рупа и у ударима високоенергетских космичких зрака, састављених од субатомских честица у атоме. Неутрини с лакоћом пролазе кроз већину материје јер не улазе у реакције с набојима и ретко се сударају с атомима. За илустрацију, зид од олова дебљине једне светлосне године могао би да заустави половин. Истовремено, то је разлог због којег их је врло тешко детектовати.
Леонора Kардум, докторандкиња физике на Техничком универзитету у Дортмунду (Немачка) и чланица телескопа IceCube, каже да су неутрини најчешће честице с масом у свемиру. „Око 10 трилиона неутрина насталих само у Сунцу прође кроз сваког човека сваке секунде, односно стотине трилиона кад се узму и неутрини из свемира”, каже Леонора Kардум. Зашто неутрини не улазе у интеракцију с материјом?
Наиме, ретко улазе у реакције с атомима из неколико разлога. Пре свега, зато што немају електрични набој, а тине ни електромагнетску интеракцију с атомима која постоји код наелектризираних честица попут електрона или протона. Такође, интерагирају углавном путем слабе нуклеарне силе, једне од четири фундаменталне у природи. Она је веома слаба и има мали домет у поређењу с другим фундаменталним силама као што су електромагнетска сила или јака нуклеарна сила. Kоначно, на неутрине тешко може деловати гравитација јер имају изузетно малу масу. До недавно се, чак, сматрало да немају масу, но експериментална открића показала су да је имају, иако врло малу.
Тачна маса ових честица и даље је предмет истраживања, а процене указују да је око 500.000 пута мања од електрона, који је најлакша позната субатомска честица с масом. Неутрини имају кључну улогу у различитим подручјима науке, од астрофизике и космологије до физике елементарних честица и тестирања фундаменталних теорија. Примерице, могу бити извор информација о удаљеним и екстремним телима. Будући да кроз твар пролазе готово неометано, до Земље могу стићи из врло удаљених делова свемира, укључујући екстремна окружења попут црних рупа, супернова или других које је често тешко истраживати. Посматрања и анализе неутринских токова могу дати непосредне информације о тим телима и процесима у њима.
Неутрини, иначе, имају важну улогу у физици елементарних честица. Проучавање њихових својстава може помоћи у разумевању фундаменталнх закона природе, попут масе, електричног набоја, осцилација различитих врста неутрина (има их најмање три) и интеракција слабих сила. Исто тако кључни су за изучавање и разумевање свемира: откривање и одгонетање супернова, извора гама зрака у галактичким језграма и других астрофизичких појава.
Надаље, неутрини су корисни за проверу физичких теорија, укључујући Стандардни модел честица, теорију релативности и друге. Kоначно, због велике бројности и брзине и слабе интеракције с материјом, важни су кандидати за објашњење тамне материје. Kако се детектују?
Будући да их ннје могуће опазити већином различитих телескопа, научници су у леду Антарктику конструисали опсерваторију IceCubе, која се састоји од коцке леда тешке милијарду тона, опремљене мрежом од преко 5.000 замрзнутих сензора. Kада открију неутрино, сензори се упале, а на темељу распореда сензора истраживачи могу одредити енергију и смер из којег долази честица која је створила бљесак. Телескоп генерише терабајт података свакодневно које вредно анализира преко 350 људи у 58 института. Осматрачница, осим осталог, има одељња за проучавање космичких зрака и тамне материје.
IceCubе је закопан километар и по под земљом због позадинске буке. „Ту удаљеност кроз лед или камен пролазе само неутрини и муони врло високих енергија. Важно је, такође, истаћи да сензори не виде неутрине непоредно. Они се бележе само у ретким случајевима када учествују у реакцији пре или баш у детектору и створе муон који затим изазове бљесак. Из неких својстава тих догађаја можемо закључити да ли им је претходило постојање неутрина. Из тог разлога су детекција и раздвајање неутрина од позадине осталих муона толико комплексни”, тумачи Леонора Кардум. Зашто је тешко открити неутрине и на Антарктику?
IceCube бележи око 2.600 догађаја сваке секунде, но већина долази од судара космичких зрака са атомима од којих се већина збива у Земљиној атмосфери. Од више стотина хиљада неутрина који се региструју сваке године, само неколико стотина долази из галактичких или вангалактичких извора. Једна од кључних тешкоћа јесте разликовање од позадинске буке која долази од осталих врста честица што пролазе кроз детектор и стварају сигнале сличне сигналима судара неутрина са атомима. Исто тако, тешко је разазнати неутрине који настају у атмосфери Земље од оних који стижу од далеких свемирских тела и феномена који се истражују.
У IceCube-у, углавном, посматрају честице које су пре доласка до детектора прошле кроз целу Земљу. „Бележимо неутрине који путују од Северног пола до Јужног пола. Тако смо сигурни да је догађај узроковала честица која је кроз стене путовала пар хиљада километара, што може само неутрино. То зовемо up-going tracks, јер кад бисте се нашли на Јужном полу, посматрали бисте честице чија путања излази из тла нагоре”, објашњава Леонора Kардум. Будући да се опсерваторија налази на Јужном полу, а посматра честице које су претходно прошле кроз Земљу, она заправо углавном осматра Северно небо. Да би разликовали неутрине од позадинског шума, научници су у анализи података користили технологију вештачке интелигенције.
(Индекс)
