ต้นกำเนิดของนิวตริโนพลังงานสูงติดตาม

ต้นกำเนิดของพลังงานสูง นิวตริโน ได้รับการสืบค้นเป็นครั้งแรก เป็นการไขปริศนาทางดาราศาสตร์ที่สำคัญ

เพื่อทำความเข้าใจและเรียนรู้เพิ่มเติม พลังงาน หรือเรื่องอื่น ๆ การศึกษาอนุภาคย่อยของอะตอมที่ลึกลับมีความสำคัญมาก นักฟิสิกส์ดูที่อนุภาคย่อยของอะตอม – นิวตริโน – เพื่อทำความเข้าใจเพิ่มเติมเกี่ยวกับเหตุการณ์และกระบวนการต่างๆ ที่เกิดขึ้น เรารู้จักดวงดาวและโดยเฉพาะดวงอาทิตย์จากการศึกษา นิวตริโน- ยังมีอะไรอีกมากมายที่ต้องเรียนรู้เกี่ยวกับ จักรวาล และการทำความเข้าใจว่านิวตริโนทำงานอย่างไรถือเป็นก้าวที่สำคัญที่สุดสำหรับนักวิทยาศาสตร์ที่สนใจฟิสิกส์และดาราศาสตร์

นิวตริโนคืออะไร?

นิวตริโนเป็นอนุภาคที่เป็นไอ (และระเหยง่ายมาก) โดยแทบไม่มีมวล ไม่มีประจุไฟฟ้า และสามารถผ่านสสารทุกประเภทโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงในตัวเอง นิวตริโนสามารถบรรลุสิ่งนี้ได้โดยการทนต่อสภาวะสุดขั้วและสภาพแวดล้อมที่หนาแน่นเช่นดวงดาว ดาวเคราะห์ และ กาแลคซี- ลักษณะสำคัญของนิวตริโนก็คือพวกมันไม่เคยมีปฏิสัมพันธ์กับสสารที่อยู่รอบตัว และทำให้พวกมันวิเคราะห์ได้ยาก นอกจากนี้ยังมี "รสชาติ" สามแบบ ได้แก่ อิเล็กตรอน เทา และมิวออน และจะสลับระหว่างรสชาติเหล่านี้เมื่อมีการสั่น สิ่งนี้เรียกว่าปรากฏการณ์ "การผสม" และนี่เป็นพื้นที่ศึกษาที่แปลกประหลาดที่สุดเมื่อทำการทดลองกับนิวตริโน ลักษณะเฉพาะที่แข็งแกร่งที่สุดของนิวทริโนคือพวกมันมีข้อมูลเฉพาะเกี่ยวกับแหล่งกำเนิดที่แน่นอน สาเหตุหลักมาจากนิวตริโนแม้ว่าจะมีพลังงานสูง แต่ก็ไม่มีประจุ ดังนั้นจึงไม่ได้รับผลกระทบจากสนามแม่เหล็กใดๆ ก็ตาม ต้นกำเนิดของนิวตริโนยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด ส่วนใหญ่มาจากดวงอาทิตย์ แต่มีเพียงไม่กี่ดวงโดยเฉพาะที่มีพลังงานสูงมาจากบริเวณลึกกว่านั้น ช่องว่าง- นี่คือเหตุผลที่ยังไม่ทราบที่มาที่แน่ชัดของผู้พเนจรที่เข้าใจยากเหล่านี้ และพวกมันถูกเรียกว่า "อนุภาคผี"

แหล่งกำเนิดของนิวตริโนพลังงานสูงติดตาม

ในการศึกษาคู่แฝดทางดาราศาสตร์ที่ตีพิมพ์ใน วิทยาศาสตร์นักวิจัยได้ค้นพบต้นกำเนิดของนิวตริโนอนุภาคต่ำกว่าอะตอมที่น่ากลัว ซึ่งพบลึกลงไปในน้ำแข็งในทวีปแอนตาร์กติกาเป็นครั้งแรก หลังจากที่มันเดินทางเป็นเวลา 3.7 พันล้านปีเพื่อ ดาวเคราะห์ อีกครั้ง^1,2- งานนี้สำเร็จได้ด้วยความร่วมมือของนักวิทยาศาสตร์กว่า 300 คน และสถาบัน 49 แห่ง นิวทริโนพลังงานสูงถูกตรวจพบโดยเครื่องตรวจจับ IceCube ที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยมีมาซึ่งติดตั้งที่ขั้วโลกใต้โดยหอดูดาว IceCube Neutrino ที่ลึกเข้าไปในชั้นน้ำแข็ง เพื่อให้บรรลุเป้าหมาย มีการเจาะรู 86 หลุมในน้ำแข็ง โดยแต่ละหลุมมีความลึก 5000 ไมล์ และกระจายไปทั่วเครือข่ายเซ็นเซอร์วัดแสงมากกว่า 1 ตัว ซึ่งครอบคลุมพื้นที่ทั้งหมด 86 ลูกบาศก์กิโลเมตร เครื่องตรวจจับ IceCube ซึ่งจัดการโดยมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติของสหรัฐอเมริกา เป็นเครื่องตรวจจับขนาดยักษ์ที่ประกอบด้วยสายเคเบิล 300 เส้นซึ่งถูกใส่ไว้ในหลุมเจาะที่ขยายไปถึงน้ำแข็งลึก เครื่องตรวจจับจะบันทึกแสงสีฟ้าพิเศษที่ปล่อยออกมาเมื่อนิวตริโนมีปฏิกิริยากับนิวเคลียสของอะตอม ตรวจพบนิวตริโนพลังงานสูงจำนวนมากแต่ไม่สามารถติดตามได้ จนกระทั่งตรวจพบนิวตริโนที่มีพลังงาน 50 ล้านล้านอิเล็กตรอนโวลต์ได้สำเร็จภายใต้แผ่นน้ำแข็ง พลังงานนี้มีขนาดใหญ่กว่าพลังงานของโปรตอนเกือบ XNUMX เท่าซึ่งหมุนเวียนผ่าน Large Hardon Collider ซึ่งเป็นเครื่องเร่งอนุภาคที่ทรงพลังที่สุดในเรื่องนี้ ดาวเคราะห์- เมื่อการตรวจจับนี้เสร็จสิ้น ระบบเรียลไทม์จะรวบรวมและรวบรวมข้อมูลอย่างเป็นระบบสำหรับสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งหมดจากห้องปฏิบัติการบนโลกและใน ช่องว่าง เกี่ยวกับต้นกำเนิดของนิวตริโนนี้

นิวทริโนถูกติดตามกลับไปยังแสงได้สำเร็จ กาแล็กซี ที่เรียกว่า “เบลเซอร์” Blazer เป็นนักกีฬาเดินวงรีขนาดมหึมา กาแล็กซี ด้วยไอพ่นสองลำที่ปล่อยนิวตริโนและรังสีแกมมา มันมีลักษณะพิเศษที่มีมวลมหาศาลและหมุนตัวอย่างรวดเร็ว หลุมดำ ที่ศูนย์กลางและ กาแล็กซี เคลื่อนที่เข้าหาโลกด้วยความเร็วแสง เครื่องบินไอพ่นของเสื้อเบลเซอร์มีลักษณะสดใสอย่างเห็นได้ชัด และมันชี้ตรงไปที่โลกเพื่อสิ่งนี้ กาแล็กซี ชื่อของมัน. เสื้อเบลเซอร์ กาแล็กซี ตั้งอยู่ทางด้านซ้ายของกลุ่มดาวนายพราน และระยะห่างนี้อยู่ห่างจากโลกประมาณ 4 พันล้านปีแสง หอดูดาวตรวจพบทั้งนิวตริโนและรังสีแกมมาและยังมีกล้องโทรทรรศน์อีก 20 ตัวบนโลกและใน ช่องว่าง- การศึกษาแรกนี้1 แสดงให้เห็นการตรวจพบนิวตริโน และการศึกษาที่สองต่อมา2 แสดงให้เห็นว่าเบลเซอร์ กาแล็กซี เคยผลิตนิวตริโนเหล่านี้ก่อนหน้านี้ในปี 2014 และ 2015 เสื้อเบลเซอร์เป็นแหล่งของนิวตริโนที่มีพลังมหาศาลและรังสีคอสมิกด้วยเช่นกัน

การค้นพบครั้งยิ่งใหญ่ในด้านดาราศาสตร์

การค้นพบนิวทริโนเหล่านี้ถือเป็นความสำเร็จครั้งยิ่งใหญ่ และสามารถช่วยให้สามารถศึกษาและสังเกตนิวตริโนได้ จักรวาล ในลักษณะที่ไม่มีใครเทียบได้ นักวิทยาศาสตร์ระบุว่าการค้นพบนี้อาจช่วยให้พวกเขาย้อนรอยต้นกำเนิดของรังสีคอสมิกลึกลับได้เป็นครั้งแรก รังสีเหล่านี้เป็นเศษอะตอมที่ตกลงมาสู่โลกจากภายนอกระบบสุริยะด้วยความเร็วแสง รังสีคอสมิกเป็นอนุภาคที่มีประจุ ดังนั้นสนามแม่เหล็กจึงส่งผลกระทบและเปลี่ยนเส้นทางของพวกมัน ตรงกันข้ามกับนิวทริโน ซึ่งทำให้ไม่สามารถสืบย้อนต้นกำเนิดของมันได้ รังสีคอสมิกเป็นหัวข้อวิจัยทางดาราศาสตร์มาเป็นเวลานาน และแม้ว่ารังสีคอสมิกจะถูกค้นพบในปี 1912 ก็ตาม รังสีคอสมิกยังคงเป็นปริศนาที่ยิ่งใหญ่

ในอนาคต หอดูดาวนิวตริโนในขนาดที่ใหญ่ขึ้นโดยใช้โครงสร้างพื้นฐานที่คล้ายกันที่ใช้ในการศึกษานี้สามารถบรรลุผลได้เร็วขึ้น และสามารถตรวจสอบได้มากขึ้นเพื่อคลี่คลายแหล่งนิวตริโนใหม่ๆ การศึกษานี้ดำเนินการโดยการบันทึกข้อสังเกตหลายครั้งและการรับรู้ข้อมูลข้ามสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งในการทำความเข้าใจเพิ่มเติมเกี่ยวกับ จักรวาล กลไกของฟิสิกส์ที่ควบคุมมัน เป็นภาพประกอบที่สำคัญของดาราศาสตร์แบบ "หลายผู้ส่งสาร" ซึ่งใช้สัญญาณที่แตกต่างกันอย่างน้อยสองประเภทเพื่อตรวจสอบจักรวาล ทำให้มีพลังและแม่นยำมากขึ้นในการทำให้การค้นพบดังกล่าวเป็นไปได้ วิธีการนี้ได้ช่วยค้นพบการชนกันของดาวนิวตรอนด้วย คลื่นโน้มถ่วง ในอดีตที่ผ่านมา ผู้ส่งสารแต่ละคนเหล่านี้ให้ความรู้ใหม่แก่เราเกี่ยวกับ จักรวาล และเหตุการณ์อันทรงพลังในชั้นบรรยากาศ นอกจากนี้ยังช่วยให้เข้าใจมากขึ้นเกี่ยวกับเหตุการณ์สุดขั้วที่เกิดขึ้นเมื่อล้านปีก่อนซึ่งก่อให้เกิดอนุภาคเหล่านี้เพื่อเดินทางสู่โลก

***

แหล่งที่มา (s)

1. การทำงานร่วมกันของ IceCube และคณะ พ.ศ. 2018 การสังเกตการณ์ของผู้ส่งสารหลายคนของเปลวไฟลุกโชนซึ่งเกิดขึ้นพร้อมกับนิวตริโนพลังงานสูง IceCube-170922A วิทยาศาสตร์. 361(6398) https://doi.org/10.1126/science.aat1378

2. การทำงานร่วมกันของ IceCube และคณะ 2018. การปล่อยนิวตริโนจากทิศทางของ blazar TXS 0506+056 ก่อนการแจ้งเตือน IceCube-170922A วิทยาศาสตร์. 361(6398) https://doi.org/10.1126/science.aat2890

***