Rysunek: Symulacja przedstawiająca najbardziej energetyczne neutrina zidentyfikowane przez podwodny teleskop ARCA. Wybuchy zostały zaobserwowane przez czujniki zawieszone na 700-metrowych sznurkach zakotwiczonych w Morzu Śródziemnym. Ilustracja porównuje wielkość ośrodka badawczego do Wieży Eiffla. Źródło: KM3NeT
Podwodny teleskop KM3NeT, umieszczony na dnie Morza Śródziemnego, wykrył neutrino kosmiczne o zdumiewającej energii 220 petaelektronowoltów — energii znacznie większej od tej uzyskiwanej w CERN.
To odkrycie zmusza naukowców do ponownego rozważenia procesów zachodzących w naturalnych ośrodkach produkcji cząstek znajdujących się w obiektach niebieskich. Odkrycia międzynarodowego zespołu KM3NeT — w tym badaczy z Polski — zostały opublikowane w lutym w czasopiśmie Nature.
NEUTRINO MUSI UMRZEĆ
Neutrina są niezwykłymi cząsteczkami — przypominają podróżników z dalekiej przestrzeni, pozornie niewrażliwych na otoczenie. Przemierzają ogromną pustkę między cząsteczkami tworzącymi Wszechświat, obojętnych na wszystko, co napotkają.
Ludzie postrzegają świat poprzez oddziaływania elektromagnetyczne. Oddziaływania te wyjaśniają, dlaczego nasza ręka nie przechodzi przez stół, gdy go uderzamy, ale zatrzymuje się z hukiem na powierzchni, nawet jeśli żaden z atomów w naszej ręce nie zderza się bezpośrednio z atomami w stole. Neutrina natomiast pozostają obojętne na te siły elektromagnetyczne. Ta obojętność pozwala tym kosmicznym wędrowcom przechodzić przez galaktyki, gwiazdy, planety, góry, morza, a nawet nasze ciała… Nie napotykają barier, a bariery ich nie rozpoznają.
Istnieje kilka drobnych wyjątków. Czasami niepokorne neutrino w swojej „niezakłóconej” podróży zbliża się tak blisko innej cząstki, że inne oddziaływania — zwłaszcza słabe — zaczynają mieć wpływ, co neutrina traktują z ostrożnością. W tym momencie puf, neutrino znika. Jednak ten akt zniknięcia wytwarza cząstki, które są o wiele bardziej współpracujące — zazwyczaj miony (cięższe kuzyni elektronów).
Choć zniknięcie neutrina jest niefortunne, dla naukowców jest to cenna okazja do zarejestrowania takiego zdarzenia (podobnego do bezwzględnego kamerzysty rejestrującego amatorskie wypadki samochodowe w filmie „Nightcrawler”). Takie zderzenie jest jedyną szansą na zebranie informacji na temat natury neutrin, a może nawet pochodzenia tych kosmicznych podróżników.
EGZOTYCZNE MIEJSCA, GDZIE NIC SIĘ NIE DZIEJE
Dlatego naukowcy konkurują ze sobą, aby opracować niezwykłe metody wykrywania tych zanikających neutrin. Szukają „najbardziej przyziemnych” miejsc na Ziemi, gdzie zwykłe, „gadatliwe” cząstki z atmosfery lub kosmosu rzadko się zapuszczają. W idealnym przypadku powinno być jak najmniej rozproszeń od zaniku neutrin zabłąkanych.
W rezultacie obserwatoria neutrin powstały w różnych, wyjątkowych lokalizacjach: wewnątrz tunelu górskiego (Gran Sasso), w ogromnych sztucznych zbiornikach wodnych pod ziemią (Kamioka), w lodzie Antarktydy (IceCube) i ostatecznie – w głębinach morza (KM3NeT).
POSZUKIWACZE Z ZATOPIONEJ ARKI
Podwodne obserwatorium neutrin ARCA, będące częścią inicjatywy KM3NeT, nie przypomina konwencjonalnych teleskopów. „Detektory są zanurzone 3,5 km pod powierzchnią morza, 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 z CAMK i AGH, uczestnik badań. Takich sznurów jest 230, rozmieszczonych w odstępach 100 metrów, każdy o długości 700 m 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 wzbudzane przez cząstkę o wysokiej energii.
ŚWIATŁO NA DNIE MORZA
Piotr Kalaczyński wyjaśnia, że w obserwatorium ARCA na dnie morza, gdzie światło słoneczne nie może przeniknąć, częstym źródłem błysków jest bioluminescencja — światło wytwarzane przez organizmy morskie. Wykrywalne są również błyski związane z naturalną radioaktywnością, głównie z izotopu potasu-40. Miony pochodzące z atmosfery wytwarzają znaczną ilość światła. Sygnały z neutrin występują tysiące razy rzadziej i są odnotowywane okazjonalnie, przy czym bardziej intrygujące zdarzenia zdarzają się co kilka dni — opisuje.
Neutrina pochodzenia kosmicznego nie są blokowane przez Ziemię ani wodę, co pozwala im na przedostanie się do wnętrza
Źródło
