Νεώτερα από το πείραμα IceCube στον Νότιο Πόλο

Posted on 19/04/2015

0


(νεώτερη ενημέρωση 13-5-2015)

IceCube: Η ανίχνευση των νετρίνων δεν παραπέμπει σε κάποια «εξωτική» θεωρία

Τα δεδομένα από τα νετρίνα υψηλής ενέργειας που έχουν καταγραφεί από τον ανιχνευτή IceCube στο Νότιο Πόλο δεν χρειάζονται κάποια «εξωτική» φυσική θεωρία για να εξηγηθούν, αφού δεν φαίνεται να αντιβαίνουν σε όσα προβλέπει το Καθιερωμένο Πρότυπο. Σε αυτό το συμπέρασμα κατέληξαν δύο ανεξάρτητες επιστημονικές ομάδες, οι οποίες πρόσφατα ανέλυσαν τις μετρήσεις του ανιχνευτή και διέψευσαν τις ελπίδες που είχαν δημιουργηθεί για την ανάγκη διατύπωσης ενός νέου θεωρητικού μοντέλου που θα εξηγεί τις ιδιότητες των νετρίνων.

Με τους αισθητήρες του θαμμένους στον πάγο, σε βάθος έως και 2,5 χιλιόμετρα, ο IceCube κατάφερε στα τέλη του 2013 να καταγράψει τα πρώτα σήματα νετρίνων εξαιρετικά υψηλών ενεργειών, τα οποία προέρχονται από περιοχές πέρα από τον γαλαξία μας. Τα νετρίνα διαχωρίζονται σε τρία είδη (ταυ, μιονίου και ηλεκτρονίου) και, όταν καλύπτουν μεγάλες αποστάσεις, μετασχηματίζονται («ταλαντώνονται») από τον ένα τύπο στον άλλο.

Έτσι, για τα σωματίδια με εξωγαλαξιακή προέλευση, αυτό που αναμενόταν ήταν πως καταφθάνουν στη Γη σε σχεδόν ίσες αναλογίες, με τις απειροελάχιστες αποκλίσεις να υποδεικνύουν την περιοχή και τον μηχανισμό παραγωγής τους. Το 2014, ωστόσο, μελέτη επιστημόνων από το πανεπιστήμιο της Βαλένσια στην Ισπανία έδειξε πως τα σωμάτια που κατέγραψε ο IceCube ήταν νετρίνα ηλεκτρονίου, ενώ απουσίαζαν πλήρως τα νετρίνα μιονίου και τα νετρίνα ταυ.

Αν επαληθευόταν το παραπάνω αποτέλεσμα, αυτό θα σήμαινε πως είτε συμβαίνει κάποια σπάνια διάσπαση, είτε πως στα σωμάτια που ανιχνεύθηκαν συγκαταλεγόταν κι ένας τέταρτος, υποθετικός τύπος «αποστειρωμένων» νετρίνων. Σε κάθε περίπτωση, η ανακάλυψη θα μπορούσε να εξηγηθεί μόνο από μία «εξωτική» θεωρία, πέρα από τα υπάρχοντα αποδεκτά μοντέλα.

Το IceCube ανιχνεύει και τα τρία είδη νετρίνων από τα προϊόντα που παράγονται καθώς τα σωμάτια αλληλεπιδρούν με τον ανιχνευτή. Παρ’ όλα αυτά, τα νετρίνα μιονίου και ένα ποσοστό των νετρίνων ταυ παράγουν επίσης ένα μιόνιο υψηλής ενέργειας, το οποίο «προδίδεται» από την τροχιά του μέσα στον ανιχνευτή. «Έτσι, όταν εντοπίζουμε μια τέτοια τροχιά, μπορούμε να καταλάβουμε πως προήλθε είτε από ένα νετρίνο μιονίου είτε από ένα νετρίνο ταυ, όχι όμως και από ποιο ακριβώς», αναφέρει στην ιστοσελίδα PhysicsWorld.com o Γκάρι Μπάιντερ, φυσικός στο πανεπιστήμιο Μπέρκλεϊ και μέλος της επιστημονικής ομάδας που είναι υπεύθυνη για το IceCube.

Σύμφωνα με τον Μπάιντερ, η μόνη εναλλακτική λύση είναι να αναλυθούν στατιστικά τα παραγόμενα προϊόντα και έτσι να εκτιμηθεί στατιστικά η αναλογία κάθε είδους νετρίνων. Έτσι, ο Μπάιντερ με συναδέλφους του επανέλαβαν αυτή τη στατιστική ανάλυση, έχοντας όμως αυτή τη φορά στη διάθεσή τους πολύ περισσότερα δεδομένα. Χάρις σε αυτά, υπολόγισαν πως τα τρία είδη νετρίνων κατέφθασαν στον ανιχνευτή σε σχεδόν ίσες αναλογίες, ενώ ρυθμίζοντας τις παραμέτρους σε καμία περίπτωση δεν μπόρεσαν να αναπαράγουν το αποτέλεσμα της μελέτης του πανεπιστήμιου της Βαλένθια. Στο ίδιο συμπέρασμα κατέληξε και μια δεύτερη, ανεξάρτητη ανάλυση Ιταλών επιστημόνων.

«Μέχρι τώρα τουλάχιστον, οι αναλογίες που υπολογίζονται συμφωνούν με την υπόθεση της ισόποσης παραγωγής των τριών ειδών νετρίνων. Ακόμη δεν έχουμε πετύχει αρκετά μεγάλη ακρίβεια στο πείραμα, ώστε να προσδιορίσουμε τις απειροελάχιστες αποκλίσεις, που θα μας επιτρέψουν να ταυτοποιήσουμε τα σώματα στο σύμπαν που παράγουν κοσμικά νετρίνα. Ωστόσο, περιμένουμε πως αυτό θα γίνει σύντομα και ότι έτσι θα καταφέρουμε να λύσουμε το μυστήριο σχετικά με τον μηχανισμό και την προέλευση των σωματιδίων», αναφέρει ο Μπάιντερ στο PhysicsWorld.com.

Σύμφωνα με τον φυσικό από το Μπέρκλεϊ, έχουν διατυπωθεί αρκετά «εξωτικά» μοντέλα που προβλέπουν μεγάλες διαφοροποιήσεις στο πλήθος κάθε είδους νετρίνων. «Αν και η μέτρηση των αναλογιών μπορεί όντως να ανοίξει τον δρόμο για νέες θεωρίες πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο, προς το παρόν δεν έχουμε ενδείξεις για κάτι τέτοιο», καταλήγει.
naftemporiki.gr – /physics.aps.org
==============================

icecube Νέα στοιχεία για τις ιδιότητες των νετρίνων αποκαλύπτει το πείραμα IceCube, με την τεράστια διάταξη που έχει εγκατασταθεί γι’ αυτό τον σκοπό στο Νότιο Πόλο. Τα νετρίνα είναι μία κατηγορία σωματιδίων που αλληλεπιδρούν τόσο ασθενώς με την ύλη, ώστε να περνούν σχεδόν ανεπηρέαστα μέσα από οποιοδήποτε αντικείμενο. Έτσι, μολονότι ο πλανήτης μας βομβαρδίζεται συνεχώς από εκατομμύρια νετρίνα, πολλά από τα οποία προέρχονται μάλιστα από τα πέρατα του σύμπαντος, το συντριπτικά μεγαλύτερο ποσοστό διαπερνά αναλλοίωτο μέσα από τη Γη.

Καλύπτοντας ωστόσο ένα μεγάλο όγκο πάγου, η πειραματική διάταξη του IceCube είναι έτσι κατασκευασμένη ώστε να ανιχνεύει τις απειροελάχιστες συγκρούσεις των νετρονίων με άλλα σωματίδια, που γίνονται σε αυτή την περιοχή. Τέτοιες συγκρούσεις επέτρεψαν σε επιστήμονες από το Ινστιτούτο Νιλς Μπορ και άλλους ερευνητές, οι οποίοι συμμετέχουν στο πείραμα, να εκτιμήσουν ορισμένα από τα χαρακτηριστικά αυτών των «φευγαλέων» σωματιδίων.

Αν και σημαντικές ποσότητες νετρίνων παράχθηκαν με τη Μεγάλη Έκρηξη, νέα σωματίδια συνεχίζουν να εκπέμπονται από το εσωτερικό του Ήλιου αλλά και από βίαια κοσμικά φαινόμενα, όπως οι υπερκαινοφανείς αστέρες, ή ακόμη και στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας της Γης. Για τον εντοπισμό και τη μελέτη τους, οι επιστήμονες από τις 12 χώρες που συμμετέχουν στο IceCube έχουν εγκαταστήσει έναν τεράστιο ανιχνευτή σωματιδίων μέσα στον πάγο.

Η διάταξη αυτή αποτελείται από 86 κατακόρυφους σωλήνες, κατά μήκος των οποίων υπάρχουν δεκάδες εξαιρετικά ευαίσθητοι αισθητήρες φωτός. Οι σωλήνες είναι τοποθετημένοι σε πηγάδια μέσα στον πάγο, με τέτοιον τρόπο ώστε όλοι μαζί να μπορούν να ανιχνεύσουν συγκρούσεις που γίνονται από 1,5 έως και 2,5 χιλιόμετρα κάτω από την παγωμένη επιφάνεια του Νότιου Πόλου.

Η μεγάλη περιοχή ανίχνευσης είναι απαραίτητη από τη στιγμή που τα νετρίνα αλληλεπιδρούν εξαιρετικά ασθενώς με την ύλη, και επομένως συγκρούονται πολύ σπάνια με άτομα στον πάγο. Όταν συμβεί αυτό, τότε παράγονται φορτισμένα σωματίδια που εκπέμπουν ακτινοβολία, την οποία μπορούν να «αντιληφθούν» οι αισθητήρες του IceCube.

«Με αυτό τον τρόπο, έχουμε καταγράψει περίπου 35 νετρίνα, τα οποία πιθανότατα προέρχονται από πολύ μακρινές αποστάσεις. Καθώς δεν έχουν αλληλεπιδράσει με οτιδήποτε άλλο στο μακρύ “ταξίδι” τους, μεταφέρουν πληροφορίες από τις πιο απόμακρες περιοχές στο σύμπαν. Εκτός όμως από αυτά τα σπάνια κοσμικά σωματίδια, μελετάμε επίσης τα νετρίνα που παράγονται στη γήινη ατμόσφαιρα», σημειώνει στον ιστότοπο του πανεπιστημίου της Κοπεγχάγης ο Τζέισον Κόσκινεν, αναπληρωτής καθηγητής στο Ινστιτούτο Νιλς Μπορ του ιδρύματος και επικεφαλής της δανικής ερευνητικές ομάδας που παίρνει μέρος στο IceCube.

Τα σωματίδια που παράγονται στη «γειτονιά» της Γης δημιουργούνται με τις συγκρούσεις ατμοσφαιρικών μορίων με πρωτόνια υψηλής ενέργειας – τα οποία έχουν προκύψει από μακρινούς υπερκαινοφανείς αστέρες ή κβάζαρ. Τα νετρίνα διαχωρίζονται σε τρία είδη (ταυ, μιονίου και ηλεκτρονίου) και έχουν εξαιρετική μικρή μάζα – μικρότερη από το ένα εκατομμυριοστό της μάζας του ηλεκτρονίου.

IMG_4263

O ανιχνευτής νετρίνων IceCube στον σταθμό Scott Amundsen στον Νότιο Πόλο Image: Felipe Pedreros, IceCube/NSF

«Τα σωματίδια που παράγονται στην ατμόσφαιρα πάνω από τον Βόρειο Πόλο είναι κυρίως νετρίνα μιονίου που, διασχίζοντας 13.000 χιλιόμετρα στο εσωτερικό της Γης, μπορεί να μετασχηματισθούν σε νετρίνα ταυ, πριν ανιχνευθούν στο αντιδιαμετρικό άκρο του πλανήτη και στο IceCube. Από το ποσοστό μετασχηματισμού τους, βγάλαμε χρήσιμα συμπεράσματα για τις φυσικές τους ιδιότητες», εξηγεί ο Δανός ερευνητής.
Οι επιστήμονες παρουσιάζουν αυτά τα συμπεράσματα σε πρόσφατο άρθρο τους στο περιοδικό Physical Review, όπου εξηγούν πως μέσα σε τρία χρόνια ανέλυσαν τις αλληλεπιδράσεις πάνω από 5.200 ατμοσφαιρικών νετρίνων με άτομα στον πάγο. «Ουσιαστικά επιβεβαιώσαμε πειραματικά ότι ένα ποσοστό των σωματιδίων όντως μετασχηματίζονται διαπερνώντας τη Γη, υπολογίζοντας ότι αυτό συμβαίνει για το 20% των νετρίνων», σημειώνει ο Κόσκινεν.
Πηγές: http://www.naftemporiki.gr/story/941926/fos-sta-mustiriodi-netrina-apo-to-peirama-icecube-ston-notio-polohttp://www.nbi.ku.dk/english/news/news15/detector-at-the-south-pole-explores-the-mysterious-neutrinos/http://icecube.wisc.edu/news/view/312

Ετικέτα: ,