The origins of high-energy Neutrino have been traced for the very first time, solving an important astronomic mystery
Abychom pochopili a dozvěděli se více energie nebo hmoty, je studium záhadných subatomárních částic velmi zásadní. Fyzici se dívají na subatomární částice – neutrina – to gain further understanding of the different events and processes from which they have originated. We know about stars and particularly the sun by studying neutrina. There is so much more to be learnt about the vesmír a pochopení toho, jak neutrina fungují, je nejdůležitějším krokem pro každého vědce, který se zajímá o fyziku a astronomii.
Co jsou neutrina?
Neutrinos are vaporous (and very volatile) particles with almost no mass, no electric charge and they can pass through any type of matter without any alteration in themselves. Neutrinos can achieve this by withstanding extreme conditions and dense environments like stars, planeta a galaxie. An important trait of neutrinos is that they never interact with the matter in their surroundings and this makes them very challenging to analyse. Also, they exist in three “flavours” – electron, tau and muon and they switch between these flavours when they are oscillating. This is called the “mixing” phenomena and this is the strangest area of study when conducting experiments on neutrinos. The strongest characteristics of neutrinos is that they carry unique information about their exact origin. This is mainly because neutrinos are though highly energetic, they possess no charge therefore they remain unaffected by magnetic fields of any power. The origin of neutrinos is not completely known. Most of them come from the sun but a small number especially the ones having high energies come from deeper regions of prostor. This is the reason that the exact origin of these elusive wanderers was still unknown and they are referred to as “ghost particles”.
Vysledován původ vysokoenergetického neutrin
V přelomových studiích dvojčat v astronomii publikovaných v Věda, researchers have for the first time traced the origin of a ghostly sub-atomic particle neutrino which was found deep in ice in Antarctica after it travelled 3.7 billion years to planeta Země1,2. This work is achieved by a collaboration of over 300 scientists and 49 institutions. High-energy neutrinos were detected by largest ever IceCube detector set up at South Pole by the IceCube Neutrino Observatory deep into the layers of ice. To achieve their goal, 86 holes were drilled into ice, each one and half miles deep, and spread over a network of more than 5000 light sensors thus covering a total area of 1 cubic kilometre. IceCube detector, managed by US National Science Foundation, is a giant detector consisting of 86 cables which are put in boreholes extending up to deep ice. The detectors record the special blue light which is emitted when a neutrino interacts with an atomic nucleus. Many high-energy neutrinos were detected but they were untraceable until a neutrino with an energy of 300 trillion electron volts was detected successfully beneath an ice cap. This energy is almost 50 times bigger than the energy of the protons which cycle through Large Hardon Collider which is the utmost powerful particle accelerator on this planeta. Once this detection was done, a real time system methodically gathered and compiled data, for the entire electromagnetic spectrum, from laboratories on Earth and in prostor about this neutrino’s origin.
The neutrino was successfully traced back to a luminous galaxie known as the “blazer”. Blazer is a gigantic elliptical active galaxie with two jets which emit neutrinos and gamma rays. It has a distinctive supermassive and swiftly spinning černá díra at its centre and the galaxie moves towards Earth around the speed of light. One of the jets of the blazer is of a blazing bright character and it points directly at earth giving this galaxie its name. The blazer galaxie is located to the left of Orion constellation and this distance is about 4 billion light-years from Earth. Both neutrinos and gamma rays were detected by the observatory and also a total of 20 telescopes on Earth and in prostor. This first study1 showed the detection of neutrinos and a second subsequent study2 showed that the blazer galaxie had produced these neutrinos earlier also in 2014 and 2015. The blazer is definitely a source of extremely energetic neutrinos and thus of cosmic rays as well.
Převratný objev v astronomii
Objev těchto neutrin je velkým úspěchem a může umožnit studium a pozorování vesmír nesrovnatelným způsobem. Vědci tvrdí, že tento objev by jim mohl pomoci vůbec poprvé vysledovat původ tajemného kosmického záření. Tyto paprsky jsou fragmenty atomů, které přicházejí na Zemi zvenčí sluneční soustavy a žhnou rychlostí světla. Jsou obviňovány z toho, že způsobují problémy satelitům, komunikačním systémům atd. Kosmické záření jsou na rozdíl od neutrin nabité částice, takže magnetická pole neustále ovlivňují a mění jejich dráhu, což znemožňuje zpětné dohledání jejich původu. Kosmické záření je předmětem výzkumu v astronomii již dlouhou dobu a přestože bylo objeveno v roce 1912, zůstává kosmické záření velkou záhadou.
V budoucnu může neutrinová observatoř ve větším měřítku s použitím podobné infrastruktury, jaká se používá v této studii, dosáhnout rychlejších výsledků a může být provedeno více detekcí k odhalení nových zdrojů neutrin. Tato studie provedená záznamem vícenásobných pozorování a zohledněním dat napříč elektromagnetickým spektrem je zásadní pro další pochopení vesmír mechanismy fyziky, které ji řídí. Je to hlavní ilustrace astronomie „multissenger“, která používá nejméně dva různé typy signálu k prozkoumání vesmíru, díky čemuž je při provádění takových objevů silnější a přesnější. Tento přístup pomohl objevit srážku neutronových hvězd a také gravitační vlny v nedávné minulosti. Každý z těchto poslů nám poskytuje nové poznatky o vesmír a silné události v atmosféře. Může také pomoci lépe porozumět extrémním událostem, k nimž došlo před miliony let a které vytyčily tyto částice na cestu na Zemi.
***
{Původní výzkumný dokument si můžete přečíst kliknutím na odkaz DOI uvedený níže v seznamu citovaných zdrojů}
Zdroje)
1. The IceCube Collaboration et al. 2018. Multimediální pozorování planoucího blazaru shodného s vysokoenergetickým neutrinem IceCube-170922A. Věda. 361 (6398). https://doi.org/10.1126/science.aat1378
2. The IceCube Collaboration et al. 2018. Emise neutrin ze směru blazaru TXS 0506+056 před výstrahou IceCube-170922A. Věda. 361 (6398). https://doi.org/10.1126/science.aat2890
***
