Důkaz IceCube o vysokoenergetické částice – Antineutrino „nepochybně mimozemského původu“

Vizualizace události skleněné show zaznamenaná detektorem IceCube. Každý barevný kruh zobrazuje senzor IceCube, který byl spuštěn událostí. Červené kruhy označují dříve spuštěné senzory a zeleno-modré kruhy označují později spuštěné senzory. Tato událost se jmenovala „hortenzie“. Fotografický kredit: IceCube Collaboration

Detektor neutrin jižního pólu zaznamenal událost rezonance skleněné show, což je jev předpovězený nositelem Nobelovy ceny Sheldonem Glashowem v roce 1960, při kterém elektronové antineutrino a elektron interagují a vytvářejí W boson.

6. prosince 2016 vystřelila vysokoenergetická částice, elektronové antineutrino, z vesmíru téměř rychlostí světla a nesla 6,3 petaelektronového voltu (PeV) energie z vesmíru na Zemi. Hluboko v ledové vrstvě na jižním pólu rozbila elektron a vytvořila částici, která se rychle rozpadla na spršku sekundárních částic. Interakci zachytil masivní dalekohled pohřbený v antarktickém ledovci, IceCube Neutrino Observatory.

„Nyní můžeme rozpoznat jednotlivé neutrinové události, které jsou zjevně mimozemského původu.“ – – Christian Haack

IceCube zažil událost rezonance skleněné show, což je jev předpovídaný nositelem Nobelovy ceny Sheldonem Glashowem v roce 1960. Tímto objevem vědci znovu potvrdili Standardní model částicové fyziky. Schopnost IceCube detekovat téměř nehmotné částice zvané neutrina pomocí tisíců senzorů zabudovaných v antarktickém ledu byla také prokázána v základní fyzice. Výsledek byl dnes (10. března 2021) zveřejněn v Příroda.

Sheldon Glashow poprvé navrhl tuto odpověď v roce 1960, kdy byl postdoktorandem na dnešním institutu Nielse Bohra v dánské Kodani. Tam napsal článek, ve kterém předpovídal, že antineutrino (dvojče antihmoty neutrina) by mohlo interagovat s elektronem a vytvořit dosud neobjevenou částici – pokud to antineutrino učinilo rovný správná energie – prostřednictvím procesu známého jako rezonance.

Pokud je navrhovaná částice, W.– – Boson byl nakonec objeven v roce 1983 a ukázalo se, že je mnohem těžší než to, co Glashow a jeho kolegové očekávali v roce 1960. Rezonance skleněné show by vyžadovala neutrino s energií 6,3 PeV, téměř 1000krát energičtější než co CERNVelký hadronový urychlovač je schopen vyrábět. Ve skutečnosti žádný lidský urychlovač částic na Zemi, ani aktuální, ani plánovaný, nedokázal vyrobit neutrino s tolika energií.

Schéma observatoře Neutrino IceCube

Schematické znázornění části IceCube v ledu, která obsahuje 86 řetězců obsahujících 5160 světelných senzorů uspořádaných v trojrozměrné šestihranné mřížce. Fotografický kredit: IceCube Collaboration

Ale co jeden Přirozeně Akcelerátor – ve vesmíru? Obrovské energie supermasivních černých děr v centrech galaxií a dalších extrémních kosmických událostech mohou produkovat částice s energiemi, které nelze na Zemi vyrobit. Tento jev byl pravděpodobně zodpovědný za antineutrino 6,3 PeV, které zasáhlo IceCube v roce 2016.

“Když byl Glashow postdoktorandem s Nielsem Bohrem, nikdy by si nedokázal představit svůj nekonvenční návrh výroby W– – Boson by byl realizován antineutrinem ze vzdálené galaxie, která narazila do antarktického ledu, “říká Francis Halzen, profesor fyziky na univerzitě ve Wisconsinu-Madisonu, ústředí pro údržbu a provoz IceCube, a hlavní výzkumný pracovník společnosti IceCube.

Od doby, kdy IceCube zahájil plný provoz v květnu 2011, objevila observatoř stovky vysokoenergetických astrofyzikálních neutrin a dosáhla řady významných výsledků v částicové astrofyzice, včetně objevu astrofyzikálního toku neutrin v roce 2013 a první identifikace zdroje astrofyzikálního neutrina v roce 2018. Rezonanční událost ve skleněné výstavě je však obzvláště pozoruhodná kvůli své pozoruhodně vysoké energii. Je to teprve třetí událost rozpoznaná IceCube s energií vyšší než 5 PeV.

„Tento výsledek ukazuje proveditelnost neutrinové astronomie – a schopnost IceCube to udělat -, která bude hrát důležitou roli v budoucí fyzice multimessenger astroparticle,“ říká při práci na této analýze Christian Haack, doktorand na RWTH Aachen University. „Nyní můžeme rozpoznat jednotlivé neutrinové události, které jsou zjevně mimozemského původu.“

Výlet Antineutrino

Elektronové antineutrino, které generovalo rezonanční událost ve skleněné show, urazilo značnou vzdálenost, než dosáhlo IceCube. Tato grafika ukazuje jeho cestu; Modrá tečkovaná čára je cestou antineutrina. (Není v měřítku.) Obrazový kredit: IceCube Collaboration

Výsledek také otevírá novou kapitolu astronomie neutrin, protože začíná rozmotávat neutrina od antineutrin. “Předchozí měření nebyla citlivá na rozdíl mezi neutriny a antineutriny.” Proto je tento výsledek prvním přímým měřením antineutrinové složky astrofyzikálního toku neutrin, “říká během analýzy Lu Lu, jeden z hlavních analyzátorů tohoto článku, postdoktor na japonské univerzitě Chiba.

„Existuje celá řada vlastností astrofyzikálních zdrojů neutrin, které nemůžeme měřit, například fyzická velikost urychlovače a síla magnetického pole v rozsahu zrychlení,“ uvedla Tianlu Yuan, vědecká pracovnice ve Wisconsin IceCube Particle Astrophysics Center. a další hlavní analyzátor. „Pokud můžeme určit poměr neutrin k antineutrinům, můžeme tyto vlastnosti zkoumat přímo.“

Abychom potvrdili důkazy a rozhodně změřili poměr neutrin k antineutrinům, společnost IceCube Collaboration by chtěla vidět více rezonancí skleněných show. Navrhované rozšíření detektoru IceCube-Gen2 by vědcům umožnilo provádět tato měření statisticky významným způsobem. Spolupráce nedávno oznámila upgrade detektoru, který bude implementován v příštích několika letech. Toto je první krok k IceCube-Gen2.

Glashow, nyní emeritní profesor fyziky na Bostonské univerzitě, potvrzuje potřebu lépe zachytit rezonanční události skleněných show. „Abychom si byli naprosto jisti, měli bychom vidět další takovou událost se stejnou energií, jako byla ta, která byla viděna,“ říká. „Jeden zatím existuje a jednoho dne jich bude více.“

V neposlední řadě výsledek ukazuje hodnotu mezinárodní spolupráce. IceCube provozuje více než 400 vědců, inženýrů a zaměstnanců z 53 institucí ve 12 zemích, souhrnně označovaných jako IceCube Collaboration. Hlavní analyzátoři tohoto článku spolupracovali v Asii, Severní Americe a Evropě.

„Detekce této události je další první a opět ukazuje schopnost IceCube přinést jedinečné a vynikající výsledky,“ říká Olga Botner, profesorka fyziky na univerzitě v Uppsale ve Švédsku a bývalá mluvčí pro spolupráci IceCube.

“IceCube je skvělý projekt.” Za několik let provozu detektor zjistil, z čeho je financován – nejenergetičtější kosmická neutrina, jejich potenciální zdroj v blazarech a jejich schopnost pomáhat v multimessenger astrofyzice, “říká Vladimir Papitašvili, programový ředitel Národního vědeckého úřadu pro Nadaci Polar Programmes, hlavního financujícího subjektu IceCube. James Whitmore, ředitel programu fyziky NSF, dodává: „Nyní IceCube překvapuje vědce s množstvím nových pokladů, u nichž ani teoretici neočekávali, že budou brzy nalezeni.“

Odkaz: „Detekce částicové sprchy během rezonance skleněné show s IceCube“ 10. března 2021, Příroda.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03256-1

Observatoř IceCube Neutrino je primárně financována Národní vědeckou nadací (OPP-1600823 a PHY-1913607) a má sídlo ve Wisconsin IceCube Particle Astrophysics Center, výzkumném středisku ve vlastnictví UW-Madison ve Spojených státech. Výzkumné úsilí společnosti IceCube, včetně kritických příspěvků k činnosti detektorů, jsou financovány agenturami v Austrálii, Belgii, Kanadě, Dánsku, Německu, Japonsku, Novém Zélandu, Korejské republice, Švédsku, Švýcarsku, Velké Británii a Spojených státech. Stavba IceCube byla rovněž financována významnými příspěvky z Národního fondu pro vědecký výzkum (FNRS & FWO) v Belgii. spolkové ministerstvo školství a výzkumu (BMBF) a Německá výzkumná nadace (DFG) v Německu; nadace Knut a Alice Wallenbergových, švédský polární sekretariát pro výzkum a švédská rada pro výzkum ve Švédsku; a Výzkumný fond University of Wisconsin-Madison ve Spojených státech

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Objeven vzácný supravodič – může být rozhodující pro budoucnost kvantové práce na počítači

Výzkum vedený Kentem a laboratoří STFC Rutherford Appleton Laboratory vedl k objevu nového vzácného topologického supravodiče LaPt3P. Tento objev může mít velký význam pro...

Mimořádný příklad toho, jak voda a led mohou formovat zemi

29. května 2021 Jedna z největších delt na světě je pozoruhodným příkladem toho, jak voda a led mohou formovat pevninu. Delta Yukon-Kuskokswim je jednou z největších...

Prehistorický typ člověka, který byl dříve vědě neznámý

Statická lebka, dolní čelist a temenní pravopis. Fotografický kredit: Tel Avivská univerzita Dramatický objev během izraelských vykopávek Objev nové homo skupiny v této oblasti, která...

Jak vznikla supermasivní černá díra

Výzkum vedený Kalifornskou univerzitou, Riverside poukázal na semeno černé díry vytvořené zhroucením halo temné hmoty. Supermasivní černé díry neboli SMBH jsou černé díry s hmotností...

MIT dosahuje významného pokroku směrem k plné implementaci kvantového výpočtu

Nastavitelná spojka může zapnout a vypnout interakci qubit-qubit. Nežádoucí, zbytkové (ZZ) interakce mezi dvěma qubity jsou eliminovány použitím vyšších úrovní energie v konektoru....

Newsletter

Subscribe to stay updated.