Gündem

Dev buz küpü, kozmik antinötrinoların varlığına işaret ediyor

0

Nötrinolar, temel parçacıkların en zor olanıdır ve üç türden oluşur: elektron nötrinosu, müon nötrinosu ve tau nötrinosu. Neredeyse kütlesiz ve elektrik yükünden yoksundurlar, maddeyle yalnızca zayıf etkileşim olarak bilinen ve kuvvet taşıyan parçacıkların aracılık ettiği temel bir kuvvet yoluyla etkileşirler. W ve İLE bozonlar. 1959’da teorik fizikçi Sheldon Glashow, standart parçacık fiziği modelini tahmin etmek için kullandı.1 negatif yüklü W bozonlar (W bozonlar) bir elektron ve bir elektron antinötrino (bir elektron nötrino’nun antimadde versiyonu) arasındaki çarpışmalarda oluşabilir. Bu işlem artık Glashow rezonansı olarak adlandırılıyor ve yaklaşık 6,3 petaelektronvoltluk enerjiye sahip elektron antinötrinoları için meydana geliyor (1 PeV, 1015eV).

Glashow rezonansı laboratuarlarda gözlemlenmemiştir, çünkü gerekli antinötrino enerjisi şu anda mevcut olan parçacık hızlandırıcıların aralığının ötesindedir. Bununla birlikte, kozmik süreçlerde üretilen doğal olarak oluşan antinötrinolar onlarca PeV’ye kadar enerjilere ulaşabilir.2. Bir kağıt içinde DoğaIceCube Collaboration, Glashow rezonansının ilk gözlemi olabilecek astrofiziksel bir kaynaktan bir antinötrino tarafından üretilen bir olayın tespitini bildiriyor.3.

Bir nötrino madde ile etkileşime girdiğinde yüklü parçacıklar üretilir. Bunlar, şeffaf bir ortamda (buz veya su gibi) o ortamdaki ışık hızından daha yüksek bir hızda seyahat ettiklerinde Cherenkov radyasyonu olarak bilinen ışığı yayarlar. Yüksek enerjili astrofiziksel nötrinolar, böylesi bir ortamda Cherenkov radyasyonunu tespit eden aletlerle gözlemlenebilir. Çünkü ilgi duyulan enerji seviyelerinde astrofiziksel nötrinoların sayısında beklenen akılar düşüktür ve bu akıların nötrinoların enerjisi arttıkça hızla azaldığı düşünülmektedir.2 büyük miktarlarda şeffaf ortama ihtiyaç vardır.

IceCube Neutrino Gözlemevi, Antarktika’daki Amundsen – Scott Güney Kutbu İstasyonu yakınlarındaki derin buza gömülü bir nötrino detektörüdür (Şekil 1). Ana amacı, aktif galaktik çekirdekler ve y-ışını patlamaları gibi Evrendeki en güçlü astrofiziksel kaynaklardan veya patlayan yıldızlar ve kara deliklerin veya nötron yıldızlarının birleşmeleri gibi felaket olaylarından üretilen nötrinoları gözlemlemektir. IceCube, ekzaelektronvolt aralığının dışındaki enerjilerde (1 EeV, 1018eV). 1.450-2.450 metre derinliğe gömülü bir kilometre küp Antarktika buzunun üzerine dizilmiş 5.160 dijital optik modülden (DOM’lar; zayıf ışık sinyallerini algılayabilen cihazlar) oluşur. DOM’lar, altıgen bir ızgaraya yerleştirilmiş, buzun içinde 125 metre aralıklı 86 dikey diziye tutturulmuştur.

Güney Kutbundaki IceCube Laboratuvarı.

Şekil 1 | IceCube Neutrino Gözlemevi, Antarktika. IceCube İşbirliği raporları3Glashow rezonansı olarak bilinen, yüksek enerjili bir elektron antinötrino (bir elektron nötrino’nun antimadde karşılığı) madde ile etkileşime girdiğinde meydana gelen bir olayın kanıtı.Katkı Sağlayanlar: Yuya Makino, IceCube / NSF

DOM’lar tarafından tespit edilen Cherenkov radyasyonu, nötrinonun enerjisini ve geldiği yön gibi onu tetikleyen özelliklerini yeniden yapılandırmak için kullanılır. Radyasyon patlamasının topolojisi de öğretici olabilir. Örneğin, bir müon nötrinosu madde ile etkileşime girdiğinde, birkaç kilometre yol alan bir müon parçacığı oluşturabilir.4 . Bu, buzda iz adı verilen uzun, parlak bir yörünge oluşturur. Diğer nötrino aromaları, çapı sadece 10 metre olan küresel bir bölge içinde ikincil partiküller dizisi üretir.5. Tespit edilen ışık sinyallerinin uzamsal ve zamansal özellikleri, bu nedenle nötrino aroması ve etkileşim kanalı (nötrinonun madde ile etkileşime girdiği süreç; Glashow rezonansı bir tür etkileşim kanalıdır) hakkında bilgi içerir.

Glashow rezonansı yoluyla madde ile etkileşime giren antinötrinoların, sonuçta ortaya çıkan karakteristik olayları üretmesi beklenir. W Bozon, hadron adı verilen parçacıklar da dahil olmak üzere bir dizi ikincil parçacıklara dönüşür. Bu olaylardaki nötrino enerjisinin kabaca% 5’inin, nötr olan veya Cherenkov radyasyonu üretmek için yeterli enerjiye sahip olmayan ikincil parçacıklar tarafından alınması bekleniyor.5, gözlemlenebilen enerji miktarını yaklaşık 6.0 PeV ile sınırlandırır. Dahası, kademeli olarak düşük enerjili müonların üretilmesi ve DOM’lar tarafından tespit edilebilecek erken ışık darbelerini tetiklemek için yeterince yüksek bir hızda Cherenkov radyasyonunun dalga cephesinden geçmesi bekleniyor.

8 Aralık 2016’da IceCube, görünür enerjisi 6,05 ± 0,72 PeV olan bir olay tespit etti. IceCube Collaboration, çoklu PeV enerjilerine sahip kademeleri tanımak için optimize edilmiş bir makine öğrenme algoritması kullanarak olayın parametrelerini analiz etti. Algoritma, bu tür sinyalleri, izleme ve kademeli olaylar arasındaki farkları hesaba katarak atmosferde üretilen müonlarla ilişkili sinyallerden ayırt etmek için eğitildi.

Tespit edilen olayın özelliklerine dayanarak, yazarlar bunu astrofiziksel bir nötrinodan kaynaklanmış olarak sınıflandırdılar – bu sınıflandırmanın güveni 5σ seviyesindeydi, bu da üç milyonda sadece bir şans olduğu anlamına gelir. yanlış. Dahası, DOM’lar tarafından erken ışık atımları tespit edildi, bu da bir bozulmanın bozulmasından düşük enerjili ikincil müonların üretilmesiyle tutarlıydı. Wbozonu hadronlara dönüştürür. Verilerin istatistiksel testi, olaya neden olan nötrino-etkileşim sürecinin Glashow rezonansı olabileceğini gösterdi. Bununla birlikte, bu sonucun güveni yalnızca 2.3σ seviyesindedir ve bu, Glashow olmayan bir rezonans olayı olasılığını tamamen ortadan kaldırmaktan bir şekilde yetersiz kalır.

Yine de, IceCube Collaboration’ın gözlemleri kutlama sebebidir, çünkü bir Glashow rezonansı ile tutarlı olan ilk gözlemlerdir. Kesin bir tespit yalnızca standart parçacık fiziğinin daha fazla doğrulanmasını sağlamakla kalmaz, aynı zamanda elektron antinötrinoların astrofiziksel akışlarda mevcut olduğunu da kanıtlar. Elektron antinötrinolardan oluşan astrofiziksel akıların oranı, nötrinoların ve antinötrinoların üretildiği mekanizmalara bağlı olacaktır ve bunlardan iki olasılık vardır.6: proton-proton etkileşimlerini içeren hadronükleer süreçler ve proton-foton etkileşimlerini içeren fotohadronik süreçler. Elektron antinötrinolarının gelecekteki ölçümleri, bu nedenle nötrino kaynaklarının fiziği üzerine bir pencere açacaktır. Mevcut IceCube dedektörü yalnızca düşük sayıda Glashow rezonans olayını algılayabilir, ancak cihazın yeni nesli olan IceCube-Gen2 geçen yıl önerildi.7. Bu detektör, daha fazla sayıda Glashow rezonans olayını gözlemlemek için yeterince büyük hacimde sensör problu buza sahip olacak ve böylece astrofiziksel nötrino üretim mekanizmalarının istatistiksel olarak anlamlı bir analizini mümkün kılacaktır.

Profesör

Ekosistemlere değer vermek için artan destek, gezegenin korunmasına yardımcı olacak

Previous article

Azim, Mars’ta Resmen Yaşam İşaretleri Arayışına Başladı

Next article

You may also like

Comments

Comments are closed.

More in Gündem