Asal usul tenaga tinggi neutrino telah dikesan buat kali pertama, menyelesaikan misteri astronomi yang penting
Untuk memahami dan mempelajari lebih lanjut tenaga atau jirim, kajian zarah sub-atom misteri adalah sangat penting. Ahli fizik melihat zarah sub-atom - neutrino – untuk mendapatkan pemahaman lanjut tentang peristiwa dan proses yang berbeza dari mana ia berasal. Kita tahu tentang bintang dan terutamanya matahari dengan mengkaji neutrino. Banyak lagi yang perlu dipelajari tentang alam semesta dan memahami bagaimana neutrino berfungsi adalah langkah paling penting bagi mana-mana saintis yang berminat dalam Fizik dan Astronomi.
Apakah neutrino?
Neutrino ialah zarah wap (dan sangat meruap) dengan hampir tiada jisim, tiada cas elektrik dan ia boleh melalui apa-apa jenis jirim tanpa sebarang perubahan dalam dirinya. Neutrino boleh mencapai ini dengan menahan keadaan yang melampau dan persekitaran yang padat seperti bintang, planet and galaksi. Satu sifat penting neutrino ialah mereka tidak pernah berinteraksi dengan perkara itu di persekitaran mereka dan ini menjadikan mereka sangat mencabar untuk dianalisis. Selain itu, ia wujud dalam tiga "rasa" - elektron, tau dan muon dan ia bertukar antara perisa ini apabila ia berayun. Ini dipanggil fenomena "pencampuran" dan ini adalah kawasan kajian yang paling aneh apabila menjalankan eksperimen ke atas neutrino. Ciri terkuat neutrino ialah ia membawa maklumat unik tentang asal usulnya yang tepat. Ini terutamanya kerana neutrino walaupun sangat bertenaga, ia tidak mempunyai cas oleh itu ia kekal tidak terjejas oleh medan magnet mana-mana kuasa. Asal usul neutrino tidak diketahui sepenuhnya. Kebanyakannya datang dari matahari tetapi sebilangan kecil terutamanya yang mempunyai tenaga tinggi datang dari kawasan yang lebih dalam ruang. Inilah sebabnya asal usul sebenar pengembara yang sukar difahami ini masih tidak diketahui dan mereka dirujuk sebagai "zarah hantu".
Asal neutrino tenaga tinggi dikesan
Dalam kajian kembar terobosan dalam astronomi yang diterbitkan dalam Sains/Ilmu, penyelidik buat pertama kalinya mengesan asal usul neutrino zarah sub-atom hantu yang ditemui jauh di dalam ais di Antartika selepas ia mengembara 3.7 bilion tahun ke planet Bumi1,2. Kerja ini dicapai dengan kerjasama lebih 300 saintis dan 49 institusi. Neutrino bertenaga tinggi telah dikesan oleh pengesan IceCube terbesar yang pernah ditubuhkan di Kutub Selatan oleh Balai Cerap Neutrino IceCube jauh ke dalam lapisan ais. Untuk mencapai matlamat mereka, 86 lubang telah digerudi ke dalam ais, setiap satu setengah batu dalam, dan tersebar di rangkaian lebih daripada 5000 penderia cahaya sekali gus meliputi kawasan seluas 1 kilometer padu. Pengesan IceCube, yang diuruskan oleh Yayasan Sains Kebangsaan AS, ialah pengesan gergasi yang terdiri daripada 86 kabel yang dimasukkan ke dalam lubang gerudi yang memanjang sehingga ais dalam. Pengesan merekodkan cahaya biru khas yang dipancarkan apabila neutrino berinteraksi dengan nukleus atom. Banyak neutrino bertenaga tinggi dikesan tetapi ia tidak dapat dikesan sehingga neutrino dengan tenaga 300 trilion volt elektron berjaya dikesan di bawah penutup ais. Tenaga ini hampir 50 kali lebih besar daripada tenaga proton yang berkitar melalui Large Hardon Collider yang merupakan pemecut zarah yang paling berkuasa pada ini. planet. Setelah pengesanan ini dilakukan, sistem masa nyata secara metodologi mengumpul dan menyusun data, untuk keseluruhan spektrum elektromagnet, dari makmal di Bumi dan di ruang tentang asal usul neutrino ini.
Neutrino berjaya dikesan kembali kepada cahaya galaksi dikenali sebagai "blazer". Blazer ialah elips gergasi aktif galaksi dengan dua jet yang memancarkan neutrino dan sinar gamma. Ia mempunyai supermasif yang tersendiri dan berputar dengan pantas lubang hitam di pusatnya dan galaksi bergerak ke arah Bumi mengelilingi kelajuan cahaya. Salah satu jet blazer adalah dengan watak terang yang menyala dan ia menghala terus ke bumi memberikan ini galaksi namanya. Blazer itu galaksi terletak di sebelah kiri buruj Orion dan jarak ini adalah kira-kira 4 bilion tahun cahaya dari Bumi. Kedua-dua neutrino dan sinar gamma telah dikesan oleh balai cerap dan juga sejumlah 20 teleskop di Bumi dan di ruang. Kajian pertama1 ini menunjukkan pengesanan neutrino dan kajian kedua seterusnya2 menunjukkan bahawa blazer galaksi telah menghasilkan neutrino ini lebih awal juga pada tahun 2014 dan 2015. Blazer sememangnya merupakan sumber neutrino yang sangat bertenaga dan oleh itu sinaran kosmik juga.
Penemuan terobosan dalam astronomi
Penemuan neutrino ini merupakan satu kejayaan besar dan ia boleh membolehkan kajian dan pemerhatian alam semesta dengan cara yang tiada tandingan. Para saintis menyatakan bahawa penemuan ini mungkin membantu mereka untuk mengesan kembali, untuk pertama kalinya, asal-usul sinar kosmik yang misteri. Sinar ini adalah serpihan atom yang turun ke Bumi dari luar sistem suria yang menyala pada kelajuan cahaya. Mereka dipersalahkan kerana menyebabkan masalah kepada satelit, sistem komunikasi dan lain-lain. Berbeza dengan neutrino, sinar kosmik adalah zarah bercas justeru medan magnet terus menjejaskan dan mengubah laluan mereka dan ini menjadikannya mustahil untuk mengesan kembali asal-usulnya. Sinar kosmik telah menjadi subjek penyelidikan dalam astronomi untuk masa yang lama dan walaupun ia ditemui pada tahun 1912, sinar kosmik kekal sebagai misteri besar.
Pada masa hadapan, balai cerap neutrino pada skala yang lebih besar menggunakan infrastruktur serupa seperti yang digunakan dalam kajian ini boleh mencapai hasil yang lebih pantas dan lebih banyak pengesanan boleh dibuat untuk membongkar sumber neutrino baharu. Kajian yang dilakukan dengan merekodkan pelbagai pemerhatian dan mengambil tahu data merentasi spektrum elektromagnet adalah penting untuk melanjutkan pemahaman kita tentang alam semesta mekanisme fizik yang mengawalnya. Ia merupakan ilustrasi utama astronomi "multimessenger" yang menggunakan sekurang-kurangnya dua jenis isyarat yang berbeza untuk memeriksa kosmos menjadikannya lebih berkuasa dan tepat dalam membuat penemuan sedemikian mungkin. Pendekatan ini telah membantu menemui perlanggaran bintang neutron dan juga gelombang graviti pada masa lalu baru-baru ini. Setiap utusan ini memberikan kita pengetahuan baru tentang alam semesta dan peristiwa berkuasa di atmosfera. Selain itu, ia boleh membantu dalam memahami lebih lanjut tentang peristiwa melampau yang berlaku berjuta-juta tahun yang lalu yang menetapkan zarah-zarah ini untuk melakukan perjalanan mereka ke Bumi.
***
{Anda boleh membaca kertas penyelidikan asal dengan mengklik pautan DOI yang diberikan di bawah dalam senarai sumber yang dipetik}
Sumber (s)
1.Kolaborasi IceCube et al. 2018. Pemerhatian multimessenger tentang blazar yang menyala bertepatan dengan neutrino bertenaga tinggi IceCube-170922A. Sains/Ilmu. 361(6398). https://doi.org/10.1126/science.aat1378
2.Kolaborasi IceCube et al. 2018. Pelepasan neutrino dari arah blazar TXS 0506+056 sebelum amaran IceCube-170922A. Sains/Ilmu. 361(6398). https://doi.org/10.1126/science.aat2890
***
