Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Aktywne wykrywanie neutrin. Nowy teleskop zajrzy w miejsca niedostępne obecnym urządzeniom
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Astronomia i fizyka
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Krążący wysoko nad Antarktydą wykrywacz promieniowania kosmicznego, zarejestrował nietypowe sygnały, które wykraczają poza nasze obecne rozumienie fizyki cząstek. ANITA (Antarctic Impulsive Transient Antenna) to zespół wyspecjalizowanych anten, które za pomocą balonu wypuszczane były nad Antarktyką i przez około miesiąc krążyły na wysokości do 40 kilometrów, unoszone przez wiatry obiegające kontynent. Celem eksperymentu jest obserwowanie promieniowania kosmicznego po tym, jak dotarło do Ziemi. W trakcie badań co najmniej 2-krotnie zarejestrowano sygnały, które nie pochodzą od promieniowania odbitego przez lód, a kierunek, z którego napłynęły, nie pozwala wyjaśnić ich pochodzenia na gruncie znanych zjawisk fizycznych.
Sygnały radiowe, które odkryliśmy, nadeszły z bardzo ostrego kąta, około 30 stopni spod powierzchni lodu, mówi profesor Stephanie Wissel. Z obliczeń wynika, że taki sygnał musiałby przejść przez tysiące kilometrów skał, z których zbudowana jest Ziemia, ale wówczas byłby niewykrywalny, gdyż zostałby przez Ziemię zaabsorbowany. To interesujący problem, bo obecnie nie potrafimy wyjaśnić, czym jest ten sygnał. Wiemy jednak, że to najprawdopodobniej nie pochodzi z neutrin, dodaje uczona.
Neutrina to cząstki bardzo pożądane przez naukowców. Niosą ze sobą ogrom informacji. W każdej sekundzie przez nasze ciała przechodzą biliony neutrin i nie czynią nam szkody. Neutrina niemal nigdy nie wchodzą w interakcje, trudno więc je wykryć.
Źródłem neutrin mogą być na przykład wydarzenia, do których doszło miliary lat świetlne od nas. Wykrycie takiego neutrina to dla naukowców okazja, by dowiedzieć się czegoś więcej o wydarzeniu, które było jego źródłem.
ANITA ma wykrywać też neutrina. Została umieszczona nad Antarktyką, gdyż tam istnienie najmniejsze ryzyko zakłócenia jej pracy przez inne sygnały. Unoszony przez balon zespół anten skierowany jest w dół i rejestruje wielkie pęki atmosferyczne odbite od lodu. Wielki pęk atmosferyczny, to wywołana pojedynczą cząstką promieniowania atmosferycznego kaskada cząstek powstających w atmosferze Ziemi.
ANITA rejestruje takie pęki odbite od lodu, naukowcy są w stanie przeanalizować sam pęk, jak i pęk odbity od lodu i na tej podstawie określić, jaka cząstka wywołała pęk. Na podstawie kąta odbicia sygnału można zaś określić jego źródło. I tutaj pojawia się problem, gdyż zarejestrowano też sygnały, których nie można prześledzić do źródła. Kąt ich odbicia jest bowiem znacznie bardziej ostry, niż przewidują istniejące modele.
Naukowcy przeanalizowali dane z wielu przelotów, porównali je z modelami matematycznymi, przeprowadzili liczne symulacje i wykluczyli zakłócenia tła i inne źródła sygnałów. Porównali swoje dane z niezależnie zbieranymi danymi innych instrumentów naukowych, takich jak IceCube Experiment czy Pierre Auger Observatory, by sprawdzić, czy i one odebrały podobne nietypowe sygnały. Okazało się, że nie. Dlatego też Wissel i jej koledzy określają znalezione sygnały jako „nietypowe” i wykluczają, by były one spowodowane przez neutrina. Sygnały nie pasują do standardowych modeli fizyki cząstek. Być może wyjaśnieniem tkwi w mniej popularnych teoriach, z których wynika, że sygnały te mogą pochodzić od ciemnej materii, jednak brak na to dowodów.
Obecnie naukowcy budują nowe urządzenie, PUEO. Będzie ono większe i bardziej czułe. Badacze mają nadzieję, że rzuci ono nowe światło na nietypowe sygnały. Sądzę, że przy powierzchni lodu i blisko horyzontu dochodzi do jakichś interesujących zjawisk związanych z rozprzestrzenianiem się sygnałów radiowych. Nie rozumiemy tego. Sprawdzaliśmy różne hipotezy i do niczego nie doszliśmy. To tajemnica. Bardzo się cieszę na myśl o tym, że powstaje bardziej czułe PUEO. Powinniśmy uchwycić więcej takich anomalii, dzięki czemu być może zrozumiemy, z czym mamy do czynienia, dodaje Wissel.
Źródło: Search for the Anomalous Events Detected by ANITA Using the Pierre Auger Observatory, https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.121003
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Astronomowie zobrazowali największą znaną chmurę energetycznych cząstek otaczającą gromadę galaktyk. Chmura ma średnicę niemal 20 milionów lat świetlnych, a jej istnienie każe zadać sobie pytanie o mechanizmy, które stoją za nadawanie energii cząstkom. Obowiązujące teorie mówią, że cząstki są napędzane przez pobliskie galaktyki. Tymczasem badania nad niezwykłą chmurą sugerują, że cały region zostaje naenergetyzowany przez gigantyczne fale uderzeniowe i turbulencje gazu otaczającego galaktyki.
Po raz pierwszy odkryta w 2011 roku gromada PLCK G287.0+32.9 znajduje się w odległości 5 miliardów lat świetlnych od Ziemi. Wcześniej zauważono tam dwa jasne obszary utworzone przez fale uderzeniowe, które podświetliły krawędzie gromady. Wówczas jednak nie zauważono słabej emisji w paśmie radiowym, która wypełnia przestrzeń pomiędzy rozbłyskami. Nowe obrazy uzyskane za pomocą radioteleskopów pokazały, że cała gromada otoczona jest chmurą cząstek.
Spodziewaliśmy się, że zobaczymy dwa reliktowe jasne miejsca na krawędziach gromady. Zgadzało by się to z poprzednimi obserwacjami. Tymczasem okazał się, że cała gromada otoczona jest emisją w paśmie radiowym. Nigdy wcześniej nie obserwowano tak wielkiej chmury wysokoenergetycznych cząstek, mówi doktor Kamlesh Rajpurohit z Center for Astrophysics Harvard & Smithsonian. Dotychczasowy rekordzista, Abell 2255, ma średnicę 16,3 miliona lat świetlnych.
Wewnątrz chmury cząstek zidentyfikowano halo radiowe o średnicy 11,4 miliona lat świetlnych. To pierwsze tak wielkie halo w paśmie 2,4 GHz. Badania dostarczyły silnych dowodów na istnienie elektronów pochodzących z promieniowania kosmicznego oraz pól magnetycznych rozciągających się aż na krawędzie gromady. Nie jest jednak jasne, jak elektrony są przyspieszane na tak dużych przestrzeniach.
Bardzo duże halo radiowe obserwuje się zwykle w niższych częstotliwościach, gdyż elektrony generujące teki sygnał tracą energię, są stare i ochłodziły się z czasem. Tutaj zaś widzimy gigantyczne halo emisji radiowej wypełniające całą gromadę. To sugeruje, że coś przyspiesza lub ponownie przyspiesza elektrony, ale nie jest to nic, o czym wiemy, że stoi za takim procesem. Sądzimy, że odpowiedzialne mogą być gigantyczne fale uderzeniowe lub turbulencje, ale potrzebujemy więcej modeli teoretycznych, by znaleźć odpowiedź, dodaje Rajpurohit.
Źródło: Radial Profiles of Radio Halos in Massive Galaxy Clusters: Diffuse Giants Over 2 Mpc, https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2025arXiv250505415R/abstract
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Ciemna materia, hipotetyczna materia, która ma stanowić 85% masy kosmosu, wciąż nie została znaleziona. Nie wiemy, z czego się składa, a przekonanie o jej istnieniu pochodzi z obserwacji efektów grawitacyjnych, których obecności nie można wyjaśnić zwykłą materią. Dlatego też co jakiś czas pojawiają się hipotezy opisujące, z czego może składać się ciemna materia. Jedną z nich przedstawili właśnie na lamach Physical Review Letters dwaj uczeni z Dartmouth College. Ich zdaniem ciemna materia może być zbudowana z niemal bezmasowych relatywistycznych cząstek, podobnych do światła, które w wyniku zderzeń utworzyły pary, straciły energię, a zyskały olbrzymią masę.
Ciemna materia rozpoczęła istnienie jako niemal bezmasowe relatywistyczne cząstki, niemal jak światło. To całkowita antyteza tego, jak się obecnie postrzega ciemną materię – to zimne grudki nadające masę galaktykom. Nasza teoria próbuje wyjaśnić, jak przeszła ona ze światła do grudek, mówi profesor fizyki i astronomii Robert Caldwell. Jest on współautorem badań przeprowadzonych z magistrantem fizyki i matematyki Guanmingiem Liangiem.
Po Wielkim Wybuchu wszechświat zdominowany był przez gorące szybko poruszające się cząstki podobne do fotonów. W tym chaosie olbrzymia liczba cząstek utworzyła pary. Zgodnie z ich hipotezą, cząstki były przyciągane do sobie dzięki temu, że ich spiny były zwrócone w przeciwnych kierunkach. Utworzone pary schładzały się, a nierównowaga ich spinów prowadziła do gwałtownej utraty energii. W wyniku tego procesu powstały zimne ciężkie cząstki, które utworzyły ciemną materię. Właśnie ten spadek energii, który wyjaśniał przejście z wysokoenergetycznych gorących cząstek do nierównomiernie rozłożonych zimnych grudek, jest najbardziej zaskakującym efektem działania zastosowanego przez uczonych modelu matematycznego.
To przejście fazowe pozwala na wyjaśnienie olbrzymiej ilości ciemnej materii we wszechświecie. Autorzy badań wprowadzają w swojej teorii teoretyczną cząstkę, która miała zainicjować przejście do cząstek ciemnej materii. Jednak nie jest to zjawisko nieznane. Wiadomo, że cząstki subatomowe mogą przechodzić podobne zmiany. Na przykład w niskich temperaturach dwa elektrony mogą utworzyć pary Coopera. Zdaniem Caldwella i Lianga to dowód, że ich hipotetyczne cząstki również mogłyby zostać skondensowane do ciemnej materii.
Poszukaliśmy w nadprzewodnictwie wskazówek, czy pewne interakcje mogą prowadzić do tak gwałtownego spadku energii. Pary Coopera to dowód, że taki mechanizm istnieje, mówi Caldwell. Liang zaś obrazowo porównuje takie przejścia jako zamianę od gorącego espresso do owsianki.
Badacze zapewniają, że ich model matematyczny jest prosty. Na jego podstawie można przypuszczać, że wspomniane cząstki będzie widać w mikrofalowym promieniowaniu tła (CMB). Zdaniem naukowców, można go będzie przetestować już wkrótce, dzięki obecnie prowadzonym i przyszłym badaniom CMB.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Masa neutrina jest co najmniej milion razy mniejsza niż masa elektronu, informują naukowcy z Karlsruhe Tritium Neutrino (KATRIN). Badania określiły nową górną granicę możliwej masy neutrino na podstawie 36 milionów pomiarów. Dzięki nim wiemy, że wynosi ona nie więcej niż 0,45 elektronowolta (eV). Masa elektronu, kolejnej z najlżejszych cząstek elementarnych, to 511 000 elektronowoltów.
Neutrino jest jedyną cząstką elementarną, której masy nie znamy. Zdobycie wiedzy na jej temat pozwoli na zbadanie, w jaki sposób neutrina nabywają masę. Czy – jak inne cząstki – dzięki oddziaływaniu z polem Higgsa, czy też w jakiś inny, nieznany dotychczas sposób. Poznanie masy neutrino powinno też zdradzić, w jaki sposób neutrina narodziły się w czasie Wielkiego Wybuchu i jak wpłynęły na formowanie się galaktyk.
Nowa górna granica masy oznacza doprecyzowanie wcześniejszych badań przeprowadzonych przez KATRIN. W 2022 roku naukowcy pracujący przy tym eksperymencie stwierdzili, że górną granicą masy neutrino jest 0,8 eV. Teraz międzynarodowy zespół złożony z ponad 140 naukowców przeanalizował dane z 259 dni pracy KATRIN i jeszcze bardziej doprecyzował pomiary.
Eksperyment KATRIN Collaboration wykorzystuje rozpad beta trytu. Podczas niego dochodzi do emisji elektronu i antyneutrina. Antycząstki mają taką samą masę jak odpowiadające im cząstki, więc badania antyneutrina pozwalają określić masę neutrina. Jednak neutrina niemal nie wchodzą w interakcje z materią. Ich badanie (i badanie antyneutrin) jest niezwykle trudne. W ramach eksperymentu KATRIN badany jest więc elektron, nie neutrino.
Rozpad beta trytu to jeden z najmniej energetycznych rozpadów beta. Emitowane w jego trakcie elektron i neutrino unoszą łącznie 18,6 keV energii. Elektron trafia do 200-tonowego spektroskopu długości 23 metrów, o którego niezwykłym transporcie na miejsce montażu informowaliśmy kilka lat temu. Spektroskop bada widmo energii elektronu, jeśli precyzyjnie je poznamy, będziemy wiedzieli ile brakuje ze wspomnianych 18,6 keV, zatem ile energii przypadło na neutrino. Brzmi to prosto, ale jest niezwykle skomplikowanym zadaniem.
Eksperyment KATRIN zakończy działanie jeszcze w bieżącym roku. Naukowcy będą wówczas dysponowali danymi zebranymi z 1000 dni. Spodziewają się, że obniżą górną granicę masy neutrino do 0,3 eV, a może nawet do 0,2 eV. To i dobra, i zła wiadomość. Coraz lepiej poznajemy bowiem masę neutrino, ale nie znamy jej dokładnej wartości. Gdyby było to bliżej 1 eV, to eksperymenty takie jak KATRIN mogłyby dać nam ostateczną odpowiedź. Jednak teraz wiemy już, że potrzebne będą znacznie bardziej precyzyjne urządzenia, niż te, którymi obecnie dysponujemy.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Głęboko pod powierzchnią Morza Śródziemnego znajduje się niezwykła infrastruktura, wykrywacz neutrin KM3NeT. Jedna część znajduje się 30 km od południowych wybrzeży Francji, na głębokości ok. 2500 m i jest zoptymalizowana do pracy z neutrinami o energiach liczonych w gigaelektronowoltach (GeV). Część druga, KM3NeT-It, położona 100 km na wschód od południowych wybrzeży Sycylii, zlokalizowana 3500 m pod powierzchnią, wykrywa neutrina z zakresu tera- i petaelektronowoltów (TeV, PeV). Zarejestrowano tam najbardziej energetyczne neutrino. Jego energia sięgała 220 PeV.
Międzynarodowy zespół naukowy KM3NeT Collaboration poinformował na łamach Nature, o wynikach analiz przeprowadzonych na danych zebranych przez wykrywacze umieszczone na 21 linach wpuszczonych w głąb morza. Infrastruktura w pobliżu Sycylii pracowała w takich konfiguracji pomiędzy końcem września 2022 a połową września 2023, kiedy to dodano 7 kolejnych lin z detektorami. Uczeni przeanalizowali dane z 287 dni pracy KM3NeT. W tym czasie zarejestrowano 110 milionów interakcji. A najpotężniejsze ze znanych neutrin wykrywacze zarejestrowały 13 lutego 2023 roku. Wspomniane już energia 220 PeV to 16 000 razy więcej niż energia najpotężniejszych kolizji, do jakich dochodzi w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC).
Wszechświat jest pełen neutrin. Jest ich tak dużo, że w każdej sekundzie przez nasze ciała przelatuje ich nawet 100 bilionów. Nie mają one jednak ładunku elektrycznego i prawie nie posiadają masy. Niezwykle rzadko wchodzą w interakcje z materią. Dlatego do ich wykrywania używa się gigantycznych teleskopów, takich jak KM3NeT. To zespół czujników zawieszonych na linach w głębinach Morza Śródziemnego, które rejestrują promieniowanie Czerenkowa. Gdy neutrino wchodzi w interakcję z jądrem atomu w wodzie morskiej, może powstać mion. W wyniku interakcji jądro atomu-neutrino powstały mion zyskuje tak olbrzymią energię kinetyczną, że gdy przemieszcza się przez wodę, dochodzi do emisji światła. To właśnie jest promieniowanie Czerenkowa, które możemy porównać do gromu dźwiękowego powstającego, gdy samolot przekracza prędkość dźwięku.
Każda z 230 lin składających się na KM3NeT wyposażona jest w 18 modułów optycznych, z których każdy zawiera 31 fotopowielaczy, wykrywających i wzmacniających słabe rozbłyski światła ze wszystkich kierunków. W tym światło generowane przez miony powstające po uderzeniu neutrin w jądra atomowe. Jak więc łatwo się domyślić, dokładając kolejne liny z kolejnymi fotopowielaczami możemy łatwo rozbudowywać KM3NeT, którego objętość będzie wkrótce liczyła wiele kilometrów sześciennych.
KM3NeT wykrywa obecnie neutrina pochodzące z ekstremalnych źródeł i wydarzeń astrofizycznych. Pierwsze zarejestrowanie neutrina o energii w zakresie setek PeV otwiera nowy rozdział w astronomii, stwierdził Paschal Coyle. Łącząc obserwacje z różnych źródeł, poszukujemy związku pomiędzy promieniowaniem kosmicznym, pojawianiem się neutrin oraz supermasywnymi czarnymi dziurami, wyjaśnia Yuri Kovalev z Instytutu Radioastronomii im. Maxa Plancka.
Źródłem wysokoenergetycznych neutrin mogą być zresztą nie tylko supermasywne czarne dziury, ale też supernowe. Najpotężniejsze z zarejestrowanych neutrin może pochodzić z któregoś z tych źródeł. Może być też pierwszym zauważonym neutrino kosmogenicznym. Mogą one powstawać, gdy wysokoenergetyczne promieniowanie kosmiczne wchodzi w interakcję z reliktowymi niskoenergetycznymi fotonami z mikrofalowego promieniowania tła. Jednak, jako że to jedyne neutrino o energii rzędu setek PeV, naukowcy nie są w stanie określić jego źródła.
KM3Net składa się z dwóch wykrywaczy: ARCA w pobliżu Sycylii i ORCA w pobliżu Tulonu. W skład zespołu ARCA wchodzi 230 lin o długości 700 metrów każda, rozmieszczonych w odległości 100 metrów od siebie. ORCA to 115 lin długości 200 metrów w odległości 20 metrów od siebie. Na każdej linie znajduje się 18 modułów optycznych, wyposażonych w 31 fotopowielaczy. Dane z wykrywaczy trafiają do INFN Laboratori Nazionali del Sud w Portopalo di Capo Passero i Laboratoire Sous-marin Provence Méditerranée w La Seyne-sur-Mer.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.