Obserwatorium neutrin IceCube podważa jedną z teorii produkcji promieni kosmicznych

Obserwatorium neutrin IceCube podważa jedną z teorii produkcji promieni kosmicznychOriginal Press Release
Chociaż promienie kosmiczne odkryto 100 lat temu, ich pochodzenie pozostaje jedną z najdłużej nierozwiązanych zagadek fizyki.

Choć wciąż nie wskazaliśmy źródła promieni kosmicznych, zrobiliśmy znaczący krok w kierunku wykluczenia jednej z wiodących teorii ich pochodzenia

prof. Francis Halzen, IceCube

Promienie kosmiczne to naładowane elektrycznie cząstki, takie jak protony, które uderzają w Ziemię ze wszystkich kierunków, niosąc energię nawet sto milionów razy większą niż ta, którą jesteśmy w stanie wytworzyć w największych akceleratorach. Niezwykłe warunki potrzebne do generowania tak energetycznych cząstek skupiły zainteresowanie fizyków na dwóch potencjalnych źródłach: masywnych czarnych dziurach w jądrach aktywnych galaktyk, oraz rozbłyskach gamma (GRB) – najpotężniejszych we Wszechświecie eksplozjach.

By badać te teorie IceCube używa neutrin, które, jak sądzą astronomowie, towarzyszą produkcji promieni kosmicznych. W artykule opublikowanym 19 kwietnia na łamach magazynu Nature, zespół IceCube opisuje poszukiwania neutrin towarzyszących 300 obserwowanym błyskom gamma, ostatnio wraz z satelitami SWIFT i Fermi od maja 2008 do kwietnia 2010 roku. Naukowcy nie zaobserwowali żadnych neutrin – wynik ten przeczy 15 lat przewidywaniom i podważa jedną z dwóch wiodących teorii pochodzenia promieni kosmicznych o najwyższych energiach.

„Wynik poszukiwań neutrin jest znaczący, ponieważ po raz pierwszy dysponujemy instrumentem o wystarczającej czułości, aby otworzyć nowe okno na produkcję promieni kosmicznych i procesów ew wnętrzu rozbłysków”- mówi prof. Greg Sullivan, rzecznik IceCube. -” Niespodziewany brak neutrin związanych z rozbłyskami zmusiła nad do ponownej oceny teorii wytwarzania promieni kosmicznych i neutrin w rozbłyskach GRB jak również generalnie teorię, że promienie kosmiczne o wysokich energiach są generowane w wybuchach”.

IceCube to teleskop przeznaczony do obserwacji wysokiej energii neutrin, znajdujący się na geograficznym biegunie południowym na Antarktydzie. Obsługiwany jest przez 250 fizyków i inżynierów z USA, Niemiec, Szwecji, Belgii, Szwajcarii, Japonii, Kanady, Nowej Zelandii, Australii i Barbados.

IceCube rejestruje neutrina poprzez wykrywanie słabego niebieskiego światła wytwarzanego w trakcie oddziaływania neutrin z lodem. Neutrina są trudne do wykrycia bowiem bez przeszkód mogą przenikać przez ludzi, ściany czy Ziemię. Aby zrekompensować tę nieuchwytną naturę neutrin i zarejestrować ich rzadkie interakcje teleskop IceCube jest ogromny. Kilometr sześcienny czystego lodu – tyle, że można by wypełnić Wielką Piramidę w Gizie 400 razy –  wyposażono w 5160 bardzo czułych detektorów optycznych zagłębionych nawet do 2,5 kilometra w głębi lodu.

Rozbłyski gamma – GRB- najpotężniejsze eksplozje Wszechświata, są najpierw wykrywane przez satelity czułe na promieniowanie rentgenowskie i gamma. GRB wykrywa się średnio raz na dzień. Są tak jasne, że można dostrzec je gdy zachodzą w połowie drogi do krańca widzialnego Wszechświata. Wybuchy zwykle trwają tylko kilka sekund, jednak w trakcie tej krótkiej chwili mogą przyćmić wszystko inne we Wszechświecie.

Lepsza teoretyczne zrozumienie i więcej danych z ukończonego w grudniu 2010 obserwatorium IceCube pomogą naukowcom lepiej zrozumieć tajemnicę produkcji promieni kosmicznych. IceCube zbiera obecnie więcej danych ze sfinalizowanego i lepiej skalibrowanego i poznanego detektora.

Źródła:

IceCube Neutrino Observatory explores origin of cosmic rays

Although cosmic rays were discovered 100 years ago, their origin remains one of the most enduring mysteries in physics. Now, the IceCube Neutrino Observatory, a massive detector in Antarctica, is honing in on how the highest energy cosmic rays are produced.

„Although we have not discovered where cosmic rays come from, we have taken a major step towards ruling out one of the leading predictions,” said IceCube principal investigator and University of Wisconsin-Madison physics professor Francis Halzen.

Cosmic rays are electrically charged particles, such as protons, that strike Earth from all directions, with energies up to one hundred million times higher than those created in man-made accelerators. The intense conditions needed to generate such energetic particles have focused physicists' interest on two potential sources: the massive black holes at the centers of active galaxies, and the exploding fireballs observed by astronomers as gamma ray bursts (GRBs).

IceCube is using neutrinos, which are believed to accompany cosmic ray production, to explore these theories. In a paper published in the April 19 issue of the journal Nature, the IceCube collaboration describes a search for neutrinos emitted from 300 gamma ray bursts observed, most recently in coincidence with the SWIFT and Fermi satellites, between May 2008 and April 2010. Surprisingly, they found none — a result that contradicts 15 years of predictions and challenges one of the two leading theories for the origin of the highest energy cosmic rays.

„The result of this neutrino search is significant because for the first time we have an instrument with sufficient sensitivity to open a new window on cosmic ray production and the interior processes of GRBs,” said IceCube spokesperson and University of Maryland physics professor Greg Sullivan. „The unexpected absence of neutrinos from GRBs has forced a re-evaluation of the theory for production of cosmic rays and neutrinos in a GRB fireball and possibly the theory that high energy cosmic rays are generated in fireballs.”

IceCube is a high-energy neutrino telescope at the geographical South Pole in Antarctica, operated by a collaboration of 250 physicists and engineers from the USA, Germany, Sweden, Belgium, Switzerland, Japan, Canada, New Zealand, Australia and Barbados.

The IceCube Neutrino Observatory was built under a National Science Foundation (NSF) Major Research Equipment and Facilities Construction grant, with assistance from partner funding agencies around the world. The NSF Office of Polar Programs continues to support the project with a maintenance and operations grant. Construction was finished in December 2010.

IceCube observes neutrinos by detecting the faint blue light produced in neutrino interactions in ice. Neutrinos are of a ghostly nature; they can easily travel through people, walls, or the planet Earth. To compensate for the antisocial nature of neutrinos and detect their rare interactions, IceCube is built on an enormous scale. One cubic kilometer of glacial ice, enough to fit the great pyramid of Giza 400 times, is instrumented with 5,160 optical sensors embedded up to 2.5 kilometers deep in the ice.

GRBs, the universe's most powerful explosions, are usually first observed by satellites using X-rays and/or gamma rays. GRBs are seen about once per day, and are so bright that they can be seen from half way across the visible Universe. The explosions usually last only a few seconds, and during this brief time they can outshine everything else in the universe.

Improved theoretical understanding and more data from the compete IceCube detector will help scientists better understand the mystery of cosmic ray production. IceCube is currently collecting more data with the finalized, better calibrated, and better understood detector.

Written by admin

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *