Naukowcy wykryli najwyższą energię „cząstki duchów”, jakie kiedykolwiek widziała. Cząstka, rodzaj neutrino, przybyła do Ziemi z prawie prędkością światła i z 30 -krotną energią poprzedniego najbardziej energetycznego neutrinu, jakie kiedykolwiek dostrzegło. Jest to pierwszy solidny dowód, że neutrino z tak wysokimi energią można wytwarzać we wszechświecie.
Wysoki energia natura tej cząstki wskazuje, że Neutrino pochodzi spoza Droga Mlecznai choć cząsteczki duchów Źródło nie zostało jeszcze ustalone, zespół ma na myśli 12 podejrzanych. Podejrzani są „Blazary” lub energiczne rdzenie “Aktywne jądra galaktyczne„(AGN), które są zasilane przez karmienie Supermasywne czarne dziury. Blazary to rodzaje Quazars To się wyróżnia, ponieważ wiązki cząstek o wysokiej energii i światła wysadzają, są wskazane bezpośrednio na Ziemię.
Inną możliwością jest jednak to, że neutrino wysokoenergetyczne powstało, gdy ultramasywna cząstka promienia kosmiczna uderzyła w cząstki światła lub „fotonów”, pozostawione we wszechświecie po pewnym zdarzeniu, które miało miejsce tuż po tym, jak miało miejsce tuż po tym, jak miało miejsce tuż po zdarzeniu, które miało miejsce tuż po tym Wielki Wybuch.
Neutrino zauważono przez wykrycie pojedynczego muonu przez Kilometr sześcienny teleskop neutrinowy (Km3net), położony 11 300 stóp (3450 metrów) pod falami Morza Śródziemnego, 13 lutego 2023 r. Podczas wydarzenia, oznaczonego KM3-230213A, Muon przekroczył cały detektor KM3NET i oświetlił jedną trzecią trzecich trzecich trzecich lat. Tysiące aktywnych czujników na instrumencie głębin.
„To neutrino jest bardzo prawdopodobne, że pochodzenie kosmiczne, a jego energia jest taka, że jest w całkowicie niezbadanym regionie energii”, powiedział Paschal Coyle z Francuskiego Centrum Badań Naukowych na konferencji prasowej we wtorek (11 lutego). „Historia pokazuje nam, że za każdym razem, gdy otwierasz nowe„ okno energii ”, nigdy tak naprawdę nie wiesz, co znajdziesz. Jest to całkowicie niezbadane.
„Znajduje nieoczekiwane rzeczy, które napędzają wielu z nas” – dodał Coyle.
Łapanie kosmicznych duchów o wysokiej energii
Neutrina są często nazywane „cząsteczkami duchów”, ponieważ brakuje im ładunku i mają dość nieistniejącą masę. W rzeczywistości około 100 bilionów neutrin może przechodzić przez ciało co sekundę bez zauważenia.
Zatem chociaż neutrina reprezentuje drugą najliczniejszą cząstkę we wszechświecie po cząsteczkach światła, fotonysą niezwykle trudne do wykrycia i wymagają od wykrywaczy, aby przejść głęboko pod ziemią, lub, w tym przypadku, głęboko pod morzem.
„Neutrino są jedną z najbardziej tajemniczych cząstek elementarnych” – powiedziała podczas konferencji prasowej Rosa Coniglione, członek zespołu KM3NET z Istituto Nazionale di Fisica Nuclear we Włoszech. „Nie mają ładowania elektrycznego, prawie żadnej masy i wchodzą w interakcje tylko z materią. Są specjalnymi kosmicznymi posłańcami, przynosząc nam unikalne informacje na temat mechanizmów związanych z najbardziej energetycznymi zjawiskami i pozwalając nam zbadać najdalsze zasięg wszechświata”.
Mimo że KM3NET wykrył błysk światła z elektronu Muon -Nie neutrino-To właściwości tej elementarnej cząstki wskazywały, że została stworzona, gdy niezwykle wysokoenergetyczne neutrino uderzyło inną cząsteczkę.
„Istnieje wiele mionów przechodzących przez detektor z góry, wyprodukowanych w atmosferze Ziemi, i nie są interesujące. Wykryliśmy ich około 110 milionów z nich w 2023 r.”, Koordynator fizyki eksperymentu w czasie wykrywania, Aart Heijboer of of Heijboer z Nikhef National Institute for Subatomic Physics w Holandii powiedział na konferencji prasowej. „Okazuje się, że ta cząstka była [oriented] poziomo. Aby wyprodukować poziomy mion, musiał być neutrino, ponieważ są to jedyne cząstki, które mogą przemierzać wymaganą ilość materiału, 87 mil [140 kilometers] skały i wody do wytworzenia tej poziomej cząstki w detektorze. ”
Zespół był w stanie określić energię neutrino na podstawie ilości światła zarejestrowanego przez detektora. Odkryli, że energia wynosiła 220 miliardów woltów elektronowych, które wyjaśnił Heijboer, wynosi 30 000 razy więcej energii, że największy akcelerator cząstek Ziemi, duży zderzak Hadron (LHC), jest w stanie osiągnąć.
W kontekście Coyle wyjaśnił, że aby przyspieszyć cząsteczkę takim energie, LHC musiałby zostać rozszerzony z obecnej długości 17 mil (27 kilometrów) do około 25 000 mil (40 000 kilometrów). To jest obwód Ziemi.
„Wymagałoby to globalnego akceleratora LHC na całym świecie, aby osiągnąć taką energię” – powiedział Coyle.
Więc jaki rodzaj naturalnego akceleratora cząstek kosmicznych mógłby wystrzelić neutrino z taką energią? Chociaż naukowcy nie mają jeszcze rozstrzygającej odpowiedzi, podejrzewają, że rozwiązanie leży u serc AGN.
Supermasywne czarne dziury jako kosmiczne akceleratory cząstek
Wszechświat wysokoenergetyczny jest zalany różnymi gwałtownymi i potężnymi wydarzeniami, od wybuchu Supernova śmierć masywnych gwiazd Berry gammaktóre są krótkimi eksplozjami światła wysokoenergetycznego. Choć często trwają frakcje sekundy, wybuchy gamma mogą pompować więcej energii niż Słońce będzie promieniować przez cały okres życia.
Wszystkie te zdarzenia mogłyby działać jako akceleratory cząstek, ale główni podejrzani w tym przypadku są supermasili Czarne dziury z masami milionami lub miliardami razy Słońce. Gdy Te supermasywne czarne dziury są otoczone ogromnymi ilościami materii w AGN, są znane jako „kwazary”, zasilające ogromne dysze materii, które mogą rozciągać się przez setki lat świetlnych. Kiedy te odrzutowce wskazują na nas, kwazar jest określany jako „Blazar”.
Jets emitowane w zdarzeniach płomiennych Blazar składają się z cząstek wysokoenergetycznych znanych jako Promienie kosmiczneMoże to wykraczać daleko poza granice galaktyk, które znajdują się czarna dziura, która je stworzyła. Te strumienie składają się również z promieniowania elektromagnetycznego, od fali radiowej o niskiej energii po ekstremalne wysokie energię Promienie gamma . Kiedy takie cząstki uderzają w galaktykę pochodzenia, wysyłają prysznice neutrin o wysokiej energii padają przez kosmos.
Coniglione wyjaśnił podczas konferencji prasowej, że pomiarem kierunku cząstki naukowcy byli w stanie prześledzić ją z powrotem do granicy Droga Mleczna.
Bez źródeł wyjaśniających wysokoenergetyczne cząsteczki duchów możliwe do prześledzenia w naszej galaktyce, zespół znalazł 12 interesujących źródeł: wszystkie blezary poza granicami Drogi Mlecznej. Jeden z tych 12 może być punktem pochodzenia tej nowo odkrytej cząstki.
Jest jednak inny podejrzany.
Naukowcy uważają, że to wysokoenergetyczne neutrino można było wygenerować, gdy kosmiczny promień energetyczny, najprawdopodobniej protonem, uderzył w foton Kosmiczne tło mikrofalowe (CMB). Ta kosmiczna skamielina reprezentuje pierwsze światło zdolne do swobodnego podróżowania przez kosmos elektronyzwiązane z protony pozwalając fotonom swobodnie podróżować, nie będąc w nieskończoności rozproszenia.
Interakcja między promieniem kosmicznym a CMB stworzyłaby deszcz generynos wysokoenergetycznych. W takim przypadku byłoby to pierwsze wykrycie tak zwanego „kosmogennego neutrino”. Naukowcy są pewni, że takie neutrino muszą istnieć, mimo że pozostali frustrująco nieuchwytne.
Potencjalne wykrycie kosmogennego neutrino jest ekscytujące, ponieważ te cząstki o wysokiej energii mogą otworzyć nową formę astronomii. To wzmocniłoby zjednoczenie „tradycyjnej astronomii”, która się wchodzi Promieniowanie elektromagnetyczne I Astronomia fali grawitacyjnejTo koncentruje się na drobnych fal w tkaninie czasoprzestrzeni. Trzecie ramię tych innowacyjnych sposobów badania kosmosu jest określane jako Astronomia wielu messengeri wersje tego oparte na neutrino rozszerzyłyby go na nowe domeny o wysokiej energii.
W tej chwili, z jednym wykrywaniem, zespół nie może odróżnić, czy ten wysokoenergetyczny neutrino pochodzi z kosmicznego akceleratora cząstek, takiego jak Blazar, czy też powstało kolizja Ray/CMB.
Jednak fakt, że KM3NET dokonał tego pierwszego w swoim rodzaju historycznego wykrywania Wciąż w budowie powinien zapewnić pewność, że ta kosmiczna tajemnica może zostać wkrótce rozwiązana.
„W następnym roku KM3NET dostarczy coraz więcej danych o lepszej rozdzielczości kątowej” – powiedział Coniglione. „W najbliższej przyszłości będziemy mieli bardziej wyrafinowane wskazywanie tego wydarzenia i prawdopodobnie bardziej zdecydowane wnioski na temat pochodzenia tego wydarzenia”.
Badania zespołu zostały opublikowane w środę (12 lutego) w czasopiśmie Natura.
