Rysunek: Symulacja przedstawiająca najbardziej energetyczne neutrina zidentyfikowane przez podwodny teleskop ARCA. Wybuchy zostały zarejestrowane przez czujniki zawieszone na 700-metrowych sznurkach zakotwiczonych w Morzu Śródziemnym. Ilustracja porównuje wielkość ośrodka badawczego do Wieży Eiffla. Źródło: KM3NeT
Podwodny teleskop KM3NeT, znajdujący się na dnie Morza Śródziemnego, wykrył neutrino kosmiczne o niespotykanej dotąd energii 220 petaelektronowoltów — wielkości energii tysiące razy większej od tej wytwarzanej w CERN.
To odkrycie zmusza naukowców do ponownej oceny mechanizmów naturalnej produkcji cząstek w obiektach niebieskich. Odkrycia międzynarodowego zespołu KM3NeT — w tym współpracowników z Polski — zostały opublikowane w lutym w czasopiśmie Nature.
NEUTRINO MUSI UMRZEĆ
Neutrina są niezwykłymi cząsteczkami — przypominają podróżników z odległych zakątków kosmosu, pozornie niewrażliwych na otoczenie. Przemierzają ogromną pustkę między cząsteczkami tworzącymi Wszechświat bez obaw.
My, jako ludzie, postrzegamy świat poprzez oddziaływania elektromagnetyczne. Oddziaływania te wyjaśniają, dlaczego nasza ręka, uderzając w stół, nie przechodzi przez drewno, ale nagle zatrzymuje się na blacie stołu, nawet jeśli żadne atomy w naszej ręce nie zderzają się bezpośrednio z żadnymi atomami w stole. Neutrina są natomiast obojętne na te same siły elektromagnetyczne. W rezultacie te kosmiczne dryfujące istoty poruszają się przez galaktyki, gwiazdy, planety, góry, oceany, a nawet nasze ciała… Nie napotykają żadnych barier, a bariery ich nie postrzegają.
Istnieją pewne drobne wyjątki. Czasami beztroskie neutrino, podczas swojej „niezajętej” podróży, może zbliżyć się na tyle do innej cząstki, że słabe oddziaływania zaczną mieć wpływ — oddziaływania, które neutrina respektują. W tym momencie puf, neutrino znika. Jednak ten upadek daje początek cząstkom znacznie bardziej zdolnym do interakcji — zazwyczaj mionom, które są cięższymi krewnymi elektronów.
Neutrina mogą być nieszczęśliwe w swoim upadku, ale dla naukowców takie wydarzenie jest rozkoszą do uchwycenia (trochę podobne do bezwzględnego filmowca — amatorskiego fotografa wypadków samochodowych w filmie „Nightcrawler”). Takie zderzenia dają jedyną szansę na zebranie informacji o naturze neutrin i potencjalnym pochodzeniu tych kosmicznych podróżników.
EGZOTYCZNE MIEJSCA, GDZIE NIC SIĘ NIE DZIEJE
W związku z tym naukowcy rywalizują o opracowanie unikalnych strategii wykrywania tych umierających neutrin. Szukają „najbardziej bezwydarzeniowych” miejsc na Ziemi, gdzie zwykłe, „gadatliwe” cząsteczki z atmosfery lub kosmosu rzadko się przemieszczają. W idealnym przypadku miejsca te powinny być pozbawione czegokolwiek, co mogłoby odciągać uwagę od śmierci wędrujących neutrin.
Dlatego obserwatoria neutrin powstały w takich miejscach, jak: tunel wewnątrz góry (Gran Sasso), ogromne sztuczne zbiorniki wodne pod ziemią (Kamioka), w lodzie Antarktydy (IceCube) i wreszcie – w głębinach morza (KM3NeT).
POSZUKIWACZE Z ZATOPIONEJ ARKI
Podwodne obserwatorium neutrin ARCA, będące częścią projektu KM3NeT, nie przypomina konwencjonalnych teleskopów. „Detektory są zanurzone 3,5 kilometra pod powierzchnią oceanu, w pobliżu Sycylii. Składają się z pionowych sznurów zakotwiczonych do dna morskiego, na których wiszą czujniki światła z fotopowielaczami, zamieniające światło na napięcie elektryczne” – wyjaśnia dr Piotr Kalaczyński, uczestnik badań, z CAMK i AGH. Takich sznurów jest 230, rozmieszczonych co 100 metrów, każdy o długości 700 metrów i wyposażonych w 18 zestawów czujników.
Celem tych czujników jest wykrywanie błysków światła w wodzie, znanych jako promieniowanie Czerenkowa. Mówiąc prościej, jest to światło wytwarzane przez strukturę atomową wody, gdy jest ona pobudzana przez cząstkę o wysokiej energii.
ŚWIATŁO NA DNIE MORZA
Piotr Kalaczyński wyjaśnia, że w obserwatorium ARCA, położonym na dnie oceanu, gdzie nie ma światła słonecznego, typowym źródłem błysków świetlnych jest bioluminescencja — światło wytwarzane przez organizmy morskie. Błyski spowodowane naturalną radioaktywnością, głównie izotopem potasu-40, można również zaobserwować. Miony z atmosfery również generują znaczną ilość światła. Sygnały z neutrin są tysiące razy rzadsze, występują sporadycznie, podczas gdy bardziej intrygujące zdarzenia zdarzają się mniej więcej co kilka dni”, zauważa.
Neutrinom kosmicznym nie przeszkadza Ziemia ani woda,
Źródło
