Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Aktywne wykrywanie neutrin. Nowy teleskop zajrzy w miejsca niedostępne obecnym urządzeniom

Recommended Posts

Grupa amerykańskich fizyków udowodniła, że możliwe jest zarejestrowanie echa pochodzącego z fali radaru odbitej od kaskady wysokoenergetycznych cząstek. Odkrycie to może doprowadzić do skonstruowania nowego teleskopu wykrywającego neutrina o energiach, które poza zasięgiem obecnie stosowanych metod badawczych.

Jednym z najbardziej niezwykłych instrumentów naukowych jest teleskop IceCube. W jego skład wchodzą dziesiątki kilometrów lin z umocowanymi do nich fotopowielaczami. Urządzenie wykrywa promieniowanie Czerenkowa pojawiające się, gdy kaskada naładowanych cząstek, pojawiająca się podczas podróży neutrin przez ziemską atmosferę, wchodzi w interakcje z lodem. IceCube jest w stanie wykrywać neutrina o energiach do 10 PeV (1016 eV). Ograniczenie to wynika z faktu, że w zakresie fali widzialnej promieniowanie Czerenkowa jest mocno osłabiane przez lód. Taki sygnał może przebyć w lodzie najwyżej 200 metrów.

Inaczej działa ANITA, czyli wykrywacz neutrin, który za pomocą balonu unosi się nad Antarktydą. To właśnie ANITA zarejestrowała tajemnicze sygnały, których dotychczas fizycy nie potrafią wyjaśnić. ANITA ma z kolei inny problem niż IceCube. Nie potrafi wykryć neutrin o energiach mniejszych niż 100 PeV.

Teraz Steven Prohira z Ohio State University wraz z kolegami wykazali, że możliwe jest aktywne wykrywanie neutrin. Można to zrobić poprzez rejestrację ech z fal emitowanych przez radar. Technika ta wykorzystuje fakt, że kaskada cząstek poruszających się przez materiał z prędkością bliską prędkości światła wyrzuca elektrony z atomów tego materiału. Przez krótką chwilę, zanim elektrony te zostaną powtórnie zaabsorbowane, możliwe jest wprowadzenie ich w oscylacje za pomocą zewnętrznych fal radiowych. Oscylacje takie generują własne fale radiowe, „echa” fal, które je wywołały. Olbrzymią zaletą tej techniki jest fakt, że działa ona niezależnie od energii badanych cząstek.

Naukowcy wykorzystali podczas swoich badań akcelerator ze SLAC National Accelerator Laboratory. Użyli 4-metrowego kawałka plastiku, który miał symulować antarktyczny lód i potraktowali go wiązką miliarda elektronów o energii około 1010 eV każdy. Okazało się, że antena, skierowana na plastik była w stanie zarejestrować sygnał trwający około 10 ns. Zgadzał się on z teoretycznymi przewidywaniami, zatem naukowcy uznali, że zarejestrowany sygnał to echo wywołane jonizacją wewnątrz plastiku.

Teraz Prohira i jego zespół planują przeprowadzenie eksperymentów na Antarktydzie. Chcą tam postawić eksperymentalny radar, który miałby wykrywać echa pochodzące z interakcji promieniowania kosmicznego z lodem. Jeśli ich pomysł uzyska finansowanie, taki nowatorskich radar wykrywający neutrina mógłby powstać w ciągu kilku lat. Później zaś chcieliby przed końcem dekady zbudować na Antarktydzie pełnowymiarowe obserwatorium. Najpierw chcemy udowodnić, że ta technika działa, a później chcemy wybudować pełnowymiarowy teleskop, mówi Prohira.

Uczeni stwierdzają, że wielką zaletą takiego obserwatorium byłaby jego prostota. Prohira ocenia, że jego zbudowanie kosztowałoby kilka milinów dolarów. Na IceCube wydano 275 milionów USD.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Utrata lodu na Grenlandii i w Antarktyce jest obecnie 6-krotnie szybsza niż w latach 90. To oznacza, że do roku 2100 obszarom zamieszkiwanym przez 400 milionów osób będą groziły coroczne powodzie. Od roku 1992 do 2017 poziom oceanów podniósł się o dwa centymetry, ostrzega zespół 89 naukowców, którzy przeprowadzili najszerzej zakrojone badania na ten temat.
      Na łamach Nature naukowcy donoszą, że najprawdopodobniej ubiegłoroczna utrata lodu w Arktyce była większa niż w rekordowym 2011 roku, kiedy to roztopiło się 552 miliardy ton. Podniesienie poziomu oceanów może być najbardziej dewastującym zjawiskiem związanym z globalnym ociepleniem. Powoduje ono m.in. znaczny wzrost siły tropikalnych cyklonów.
      Każdy centymetr więcej to więcej powodzi i większa erozja, przypomina jeden z dwóch głównych badań, profesor Andrew Shepherd z University of Leeds. Jeśli Antarktyda i Grenlandia będą traciły lód w tempie przewidywanym przez najbardziej pesymistyczne scenariusze, to do końca wieku poziom oceanów zwiększy się o dodatkowych 17 centymetrów, dodaje uczony.
      Dotychczas do wzrostu poziomu oceanów najbardziej przyczyniało się topnienie lodowców oraz rozszerzanie objętości wód oceanicznych pod wpływem ciepła. Jednak w ostatniej dekadzie głównym kołem napędowym wzrostu była utrata lodu na biegunach.
      Niemal cała utrata lodu w Antarktyce i połowa w Grenlandii jest spowodowana ocieplającymi się wodami oceanów. Druga połowa z lodu, który stopniał na Grenlandii to wynik działania coraz cieplejszego powietrza.
      Jak wynika z najnowszych badań, jeszcze w roku 1992 roczna utrata lodu na obu biegunach wynosiła 81 miliardów ton. W roku 2017 było to 475 miliardów don. Takie wnioski wyciągnięto na podstawie danych satelitarnych, badań terenowych i modelowania komputerowego. Pomiary satelitarne dostarczają danych z pierwszej ręki. To dane nie do podważenia, mówi drugi z głównych autorów badań, Erik Ivins z NASA.
      Na Grenlandii i w Zachodniej Antarktyce, która – zdaniem wielu naukowców – przekroczyła punkt krytyczny, znajduje się tyle lodu, że jego rozmrożenie oznaczałoby wzrost poziomu oceanów o około 13 metrów.
      Uzyskane obecnie wyniki odbiegają w znacznym stopniu od informacji z najnowszego IPCC. w nim bowiem czytamy, że w najgorszym ze scenariuszy poziom oceanów wzrośnie do 2100 roku aż o 84 centymetry.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      IceCube, zanurzone w lodach Antarktydy obserwatorium neutrin, zidentyfikowało cztery galaktyki jako źródła promieniowania kosmicznego. Autorzy najnowszych badań przeanalizowali dane zebrane podczas 10-letniej pracy IceCube Neutrino Observatory i dzięki temu dokonali najdokładniejszej w historii identyfikacji źródeł promieniowania kosmicznego. Naukowcy sądzą, że galaktyki te emitują również olbrzymie ilości neutrin.
      Promieniowanie kosmiczne to wysokoenergetyczne cząstki, które pochodzą spoza Układu Słonecznego. Uważa się, że powstają one w wyniku bardzo gwałtownych procesów, zdolnych do przyspieszania cząstek niemal do prędkości światła. Jednak określenie ich źródła jest niezwykle trudne, ze względu na istnienie w przestrzeni kosmicznej pól magnetycznych, które zmieniają trajektorię cząstek. Rozwiązaniem problemu jest badanie neutrin, gdyż powinny one powstawać w tych samych miejscach co promieniowanie kosmiczne, ale pola magnetyczne nie wpływają na trajektorię ich lotu.
      IceCube wykorzystuje tysiące fotopowielaczy zawieszonych na długich linach. Cała konstrukcja zajmuje 1 km3 i znajduje się lodzie Antarktydy. Od czasu do czasu neutrino minowe zderza się z atomem w lodzie. W wynku tego powstaje mion, który emituje promieniowanie Czerenkowa. Promieniowanie to wykrywają fotopowielacze. jednak określenie źródła pochodzenia neutrina jest proste, gdyż IceCube wyłapuje też sygnały z mionów i neutrin mionowych powstających w atmosferze w wyniku oddziaływania promieniowania kosmicznego. To tworzy silny szum tła i utrudnia obserwacje.
      Jednak dzięki nowym technikom analizy udało się coś, co dotychczas było niemożliwe. Przetworzono wszystkie dane z lat 2008–2018 i na ich podstawie określono najbardziej prawdopodobne źródła promieniowania kosmicznego.
      Badania ujawniły, że najważniejszym źródłem neutrin i promieniowania kosmicznego jest prawdopodobnie galaktyka NGC 1068. W tym przypadku prawdopodobieństwo statystyczne wynosi 2,9 sigma. Pozostałe galaktyki to TXS 0506 + 056, PKS 1424 + 240 oraz GB6 J1542 +6129. Wszystkie cztery zidentyfikowane źródła łącznie charakteryzuje prawdopodobieństwo rzędu 3,3 sigma.
      To oczywiście zbyt mało, by mówić o odkryciu, za które uznaje się prawdopodobieństwo 5 sigma. Jednak to najsilniejszy dowód, że źródłem promieniownia kosmicznego są te, a nie inne galaktyki.
      Ze szczegółami badań można zapoznać się na łamach Physical Review Letters.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Tajemnicze sygnały zarejestrowane nad Antarktydą nadal nie doczekały się wyjaśnienia, a opublikowany właśnie kolejny artykuł naukowy wskazuje, że sygnały te mogą pochodzić od cząstek spoza Modelu Standardowego. Coraz bardziej prawdopodobne staje się, że znaleziono coś, co nie pasuje do najbardziej rozpowszechnionej teorii fizycznej.
      Jak informowaliśmy przed dwoma laty w tekście zatytułowanym Tajemnicze sygnały wstrząsną współczesną fizyką?, w roku 2016 zależący do NASA Antarctic Impulsive Transient Antenna (ANITA), dryfujący nad Antarktyką balon z anteną wykrywającą promieniowanie kosmiczne, zarejestrował dwa impulsy promieniowania kosmicznego, które... pochodziły z Ziemi. Wówczas minęły 2 lata od wykrycia tych sygnałów, a nikt nie potrafił ich przekonująco wyjaśnić. Część naukowców już wtedy oceniała, że szansa, iż sygnały są zgodne z Modelem Standardowym wynosi 1/3.500.000.
      ANITA jest bowiem instrumentem, który jest w stanie wykryć neutrina o dużym przekroju czynnym, czyli o dużej energii. Urządzenie wykryło dwa sygnały pochodzące z Ziemi, co sugerowałoby, że wykryło neutrina, która przeszły przez planetę. Jednak neutrina o dużym przekroju czynnym nie przedostaną się przez Ziemię, zatem ANITA mogła wykryć nieznane dotychczas cząstki.
      Od czasu dokonania niezwykłego odkrycia przez ANITĘ wielu naukowców sugerowało, że może istnieć intensywne źródło neutrin. Być może spośród wielu wyemitowanych przezeń neutrin kilku udało się, mimo wszystko, przedostać przez Ziemię i zostały one zarejestrowane przez ANITĘ.
      Taki scenariusz postanowił sprawdzić Alex Pizzuto z University of Wisconsin-Madison i inni członkowie zespołu IceCube. IceCube wykorzystuje 5160 optycznych wykrywaczy neutrin. Gdy przechodzące przez lód neutrino wejdzie w interakcję z atomem wodoru lub tlenu, dochodzi do emisji sygnału, który IceCube wykrywa. IceCube jest znacznie bardziej czułe niż ANITA. Dlatego też naukowcy przejrzeli swoje archiwum danych, szukając w nich sygnału pochodzącego z potencjalnego źródła neutrin znajdującego się w kierunku, w którym sygnały zostały wykryte przez ANITĘ. Przeanalizowali dane z ośmiu lat, szukają podobieństw pomiędzy lokalizacją sygnałów zarejestrowanych przez ANITĘ, a lokalizacją sygnałów rejestrowanych przez IceCube.
      Wykorzystali przy tym trzy różne i uzupełniające się metody analizy danych, podczas których wzięli pod uwagę niewiadome związane z odkryciem dokonanym przez ANITĘ. Ponadto symulowali neutrina przechodzące przez Ziemię, by dowiedzieć się, ile z nich powinno ruszyć w drogę, by jedno mogło zostać wykryte przez ANITĘ. Takich samych obliczeń dokonali dla IceCube'a.
      Analizy pokazały, że w kierunku, z którego pochodziły sygnały zarejestrowane przez ANITĘ nie ma żadnego źródła neutrin. Jest to tym bardziej zaskakujące, że, ze względu na zjawisko znane jako regeneracja neutrin tau, wysokoenergetyczne neutrina, które nie mają szans dotrzeć do ANITY, wciąż powinny być wykrywane przez IceCube. Zjawisko to powoduje, że IceCube jest niezwykle przydatnym narzędziem do potwierdzania obserwacji dokonanych przez ANITĘ, gdyż na każdy anomalny sygnał wykryty przez ANITĘ IceCube powinno wykryć wielokrotnie więcej takich sygnałów. W tym przypadku nie wykrył niczego, mówi Anastasia Barbano z Uniwersytetu w Genewie.
      To zaś oznacza, że możemy odrzucić pomysł, iż sygnały pochodzą z intensywnego pojedynczego źródła, gdyż szansa, że sygnał taki zarejestruje ANITA, a nie zauważy go IceCube są bardzo małe, dodaje.
      Gdy ANITA zarejestrowała niezwykłe sygnały, wyjaśnienia ich pochodzenia można było pogrupować na trzy kategorie: istnienie intensywnego źródła neutrin, wystąpienie błędu w urządzeniu lub zarejestrowanie sygnału, którego nie opisuje Model Standardowy. Nasze analizy wykluczyły jedyne wyjaśnienie zgadzające się z Modelem Standardowym. Jeśli zatem sygnały są prawdziwe i nie pochodzą z błędów w urządzeniu, mogą one wskazywać na istnienie zjawiska fizycznego spoza Modelu Standardowego, mówi Pizzuto.

      « powrót do artykułu
×
×
  • Create New...