Rysunek: Symulacja pokazująca najbardziej energetyczne neutrina wykryte przez podwodny teleskop ARCA. Wybuchy zostały wykryte przez czujniki unoszące się na 700-metrowych sznurach zakotwiczonych w Morzu Śródziemnym. Ilustracja pokazuje, jak duży jest ośrodek badawczy w stosunku do Wieży Eiffla. Źródło: KM3NeT
Podwodny teleskop KM3NeT, umieszczony na dnie Morza Śródziemnego, zidentyfikował neutrino kosmiczne o zdumiewającej energii 220 petaelektronowoltów — poziomie energii tysiące razy wyższym od tego wytwarzanego w CERN.
To odkrycie zmusza naukowców do ponownej oceny mechanizmów naturalnej produkcji cząstek występujących w obiektach niebieskich. Badania przeprowadzone przez międzynarodowy zespół KM3NeT, w którego skład wchodzą członkowie z Polski, zostały opublikowane w lutym w czasopiśmie Nature.
NEUTRINO MUSI UMRZEĆ
Neutrina są niezwykłymi cząsteczkami — przypominają podróżników z odległych krain, niemal niewrażliwych na wszystko, co napotkają. Przemierzają rozległą pustkę między cząsteczkami tworzącymi Wszechświat bez obaw.
Ludzie postrzegają świat poprzez oddziaływania elektromagnetyczne. Oddziaływania te wyjaśniają, dlaczego nasza ręka, gdy uderza w stół, nie przechodzi przez drewno, ale zatrzymuje się z hukiem na powierzchni, nawet jeśli żadne atomy z naszej ręki nie zderzają się bezpośrednio z żadnymi atomami na stole. W przeciwieństwie do tego, neutrina pozostają nietknięte przez te same siły elektromagnetyczne. Dlatego te kosmiczne dryfujące istoty przemierzają galaktyki, gwiazdy, planety, góry, oceany, a nawet nasze ciała… Nie napotykają żadnych barier, a bariery ich nie wykrywają.
Z kilkoma drobnymi wyjątkami. Czasami wędrujące neutrino może zbliżyć się do innej cząstki tak bardzo, że inne oddziaływania — szczególnie słabe oddziaływania — stają się istotne, oddziaływania, które neutrina uznają. W tym momencie puf, neutrino znika. Jednak to zniknięcie skutkuje produkcją cząstek, które są znacznie bardziej podatne na oddziaływania — zazwyczaj mionów (które są cięższymi krewnymi elektronów).
Nieszczęście neutrina leży w jego śmierci, jednak dla naukowców nagranie takiego zdarzenia jest dobrodziejstwem (podobnym do bezwzględnego kamerzysty — amatora-entuzjasty wypadków z filmu „Nightcrawler”). To zderzenie stanowi jedyną szansę na uzyskanie wglądu w naturę neutrin, a może nawet w pochodzenie tych kosmicznych wędrowców.
EGZOTYCZNE LOKALIZACJE, GDZIE NIC SIĘ NIE DZIEJE
W związku z tym badacze biorą udział w konkursie na opracowanie innowacyjnych strategii wykrywania tych umierających neutrin. Poszukują „najbardziej bezwydarzeniowych” miejsc na Ziemi, gdzie typowe, „gadatliwe” cząstki z atmosfery lub kosmosu rzadko się przemieszczają. W idealnym przypadku obszary te powinny być pozbawione rozproszeń, które mogłyby odciągać uwagę od obserwacji wędrujących neutrin.
Dlatego obserwatoria neutrin powstały w tunelach wewnątrz gór (jak Gran Sasso), w ogromnych sztucznych zbiornikach wodnych pod ziemią (jak Kamioka), w lodowych przestrzeniach Antarktydy (IceCube) i wreszcie – w głębinach oceanów (KM3NeT).
POSZUKIWACZE Z ZATOPIONEJ ARKI
Podwodne obserwatorium neutrin ARCA, będące częścią projektu KM3NeT, znacząco różni się od konwencjonalnych teleskopów. „Detektory znajdują się 3,5 kilometra pod powierzchnią morza, w pobliżu Sycylii. Te pionowe sznury są zakotwiczone do dna morskiego, podtrzymując czujniki światła z fotopowielaczami, które zamieniają światło na napięcie elektryczne” – wyjaśnia dr Piotr Kalaczyński z CAMK i AGH, uczestnik badań. 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 emitowane przez cząsteczki wody, gdy są one pobudzane przez cząstkę energetyczną.
ŚWIATŁO NA DNIE MORZA
Dr Piotr Kalaczyński wyjaśnia, że w obserwatorium ARCA na dnie morza, gdzie światło słoneczne nie może przeniknąć, powszechnym źródłem błysków świetlnych jest bioluminescencja — światło wytwarzane przez organizmy morskie. Można również zaobserwować błyski związane z naturalną radioaktywnością, głównie z izotopu potasu-40. Miony pochodzące z atmosfery również generują znaczną ilość światła. Sygnały z neutrin są jednak tysiące razy rzadsze i występują sporadycznie, a bardziej znaczące zdarzenia zdarzają się tylko co kilka dni — zauważa.
Neutrina kosmiczne nie są blokowane przez Ziemię ani wodę, co pozwala im przedostać się do obszaru obserwacji
Źródło
