Obserwatorium zakopane pod Antarktydą odkryło siedem „cząstek duchów”
IceCube Neutrino Observatory, czyli detektor neutrin znajdujący się głęboko pod lodami Antarktydy nieustannie poszukuje jakichkolwiek śladów „cząstek duchów”. Analiza danych zebranych na przestrzeni 9,7 lat przez IceCube wykazała siedem potencjalnych kandydatów na neutrina. Naukowcy są pełni nadziei, na to, że udało im się dostrzec nieuchwytne cząsteczki.
Potencjalne „cząstki duchów” odkryte przez IceCube
Naukowcy analizujący dane z IceCube odkryli siedmiu potencjalnych kandydatów wykazujących cechy neutrin. Neutrina są cząstkami elementarnymi pochodzącymi z kosmosu należącymi do leptonów. Badacze pracujący na danych zebranych przez IceCube wykryli prawdopodobnie neutrina taonowe, powstałe w reakcji rozpadu taonu.
Siedem potencjalnych sygnałów wykryto w danych obserwacyjnych zgromadzonych w ciągu 9,7 lat. Pokazuje to, jak bardzo nieuchwytne są te cząsteczki. Według badaczy w ciągu sekundy przez ciało człowieka przechodzi około 100 bilionów neutrin. Są to najmniejsze znane nam cząsteczki, co oznacza, że nie składają się z mniejszych fizycznych cząsteczek, mają charakter fundamentalny. Obecnie wyniki badań można przeczytać na serwerze arXiv, docelowo mają zostać opublikowane w czasopiśmie „Physical Review Letters”.
Neutrina możemy podzielić na trzy grupy: elektronowe, mionowe i taonowe. Przy czym należy podkreślić, że neutrina taonowe są wyjątkowo trudne do określenia. Dlatego też odkrycie ich przez IceCube jest nie lada osiągnięciem.
Wykrycie w danych siedmiu potencjalnych zdarzeń na neutrina taonowe, w połączeniu z bardzo małą ilością oczekiwanego tła, pozwala nam stwierdzić, że jest bardzo mało prawdopodobne, aby tła współdziałały w celu wytworzenia siedmiu oszustów w zakresie neutrin taonowych. Odkrycie astrofizycznych neutrin taonowych stanowi również mocne potwierdzenie wcześniejszego odkrycia IceCube’a dotyczącego rozproszonego strumienia neutrin astrofizycznych.
Lodowe obserwatorium IceCube
IceCube Neutrino Observatory lub po prostu IceCube zlokalizowane jest na terenie Amundsen-Scott South Pole Station na Antarktydzie. Zostało ono umieszczone głęboko w lodzie, gdzie wprowadzono tysiące sferycznych czujników optycznych digital optical modules (DOMs). IceCube przeznaczone zostało do poszukiwania punktowych źródeł neutrin oraz zbadania najwyższych energii procesów astrofizycznych.
IceCube wykrywa neutrina za pomocą DOM, których łącznie osadzono głęboko w lodzie 5160. W momencie, gdy neutrina oddziałują z cząsteczkami lodu, powstają naładowane cząsteczki, które podczas swojej podróży przez lód emitują niebieskie światło. Poszczególne DOM rejestrują i digitalizują ten sygnał. „Światło wytwarza charakterystyczne wzory, z których jeden to podwójne zdarzenia kaskadowe powstałe w wyniku interakcji wysokoenergetycznych neutrin taonowych w detektorze” – czytamy w artykule.
Badacze zyskali nową motywację do poszukiwania neutrin, gdy wcześniejsze analizy wykazały pewne wskazówki z poszukiwań subtelnych sygnatur wytwarzanych przez neutrina taonowe. Każde wykryte podejrzane zdarzenie zostało wyrenderowane na trzy obrazy. Następnie, by odróżnić obrazy wytwarzane przez neutrina od obrazów wytwarzanych przez różne tła, badacze wytrenowali splotowe sieci neuronowe (CNN) zoptymalizowane pod kątem klasyfikacji obrazów.
Przeprowadzone symulacje potwierdziły czułość na neutrina taonowe. W rezultacie bazując na danych zebranych w latach 2011-2020 naukowcy uzyskali siedem silnych potencjalnych zdarzeń na neutrina taonowe. „Prawdopodobieństwo naśladowania sygnału przez tło oszacowano na mniejsze niż jeden do 3,5 miliona” – dodaje jeden z badaczy, Doug Cowen.
Tak małe cząstki pochodzące z głębi kosmosu są niezwykle trudne w obserwacji. Neutrina udało się uchwycić, jednak inne, takie jak hipotetyczny aksjon, wciąż pozostają nieuchwytne. Naukowcy mają nadzieję, że udowodnienie istnienia innych cząstek elementarnych pozwoli wytłumaczyć przynajmniej częściowo pochodzenie ciemnej materii we Wszechświecie.
