شناسایی یک ذره پرانرژی که به زمین برخورد کرد – سایت علمی بیگ بنگ
بیگ بنگ: دانشمندان اعلام کردند شناسایی یک نوترینوی کیهانی که با سطح انرژی بیسابقه به زمین برخورد کرد، نه یک خطا و نه یک اشکال بود، بلکه ثبت واقعی یک ذره پرانرژی بود.
به گزارش بیگ بنگ، در فوریه ۲۰۲۳، آشکارسازی به نام KM3NeT که در عمق مدیترانه قرار دارد، سیگنالی دریافت کرد که نشان میداد یک نوترینو با انرژی رکوردشکن ۲۲۰ پتاالکترونولت (PeV) شناسایی شده است. برای مقایسه، رکورد قبلی تنها حدود ۱۰ PeV بود. اکنون، یک تحلیل جامع از همه دادههای مربوط به رویداد KM3-230213A نهتنها این نتیجه را تأیید میکند که سیگنال ناشی از یک نوترینوی ۲۲۰ پتاالکترونولتی بوده، بلکه بر ابهام منبع این ذره در کیهان نیز میافزاید.
«الگوهای نوری ثبتشده برای KM3-230213A بهوضوح با آنچه انتظار میرود از عبور یک ذره نسبیتی از آشکارساز تطابق دارد، که احتمالاً یک میون بوده و احتمال خطای دستگاه را رد میکند. با توجه به انرژی بازسازیشده و جهت حرکت این میون، محتملترین سناریو این است که میون بر اثر برهمکنش یک نوترینوی اخترفیزیکی در نزدیکی آشکارساز ایجاد شده باشد و این طبیعیترین توضیح است.»
نوترینوها به شکل شوکهکنندهای در جهان رایجاند، آنها از فراوانترین ذرات کیهان هستند که در شرایط پرانرژی مانند همجوشی هستهای ستارگان یا انفجار ابرنواخترها ایجاد میشوند. اما چون بار الکتریکی ندارند، جرمشان تقریباً صفر است و بهسختی با ذرات دیگر برهمکنش دارند، بنابراین شناساییشان بسیار دشوار است.
نوترینوها ذرات بنیادی و خنثی هستند که با سرعت نزدیک به سرعت نور حرکت میکنند و به ندرت با ماده برهمکنش دارند. این ذرات به دلیل جرم بسیار کم و عدم بار الکتریکی، به «ذرات شبحوار» معروف هستند. در همین لحظه، صدها میلیارد نوترینو در حال عبور از بدن شما هستند بدون اینکه هیچ اثری بگذارند، به همین دلیل به آنها با نام مستعار «ذرات شبحوار» شناخته میشوند. این ویژگی «گریز از تماس» باعث میشود که شناسایی نوترینوها دشوار باشد، اما گاهی اوقات یک نوترینو با ذرهای برخورد میکند و یک آبشار کوچک از ذراتی مثل میونها و فوتونها (ذرات نور) ایجاد میکند. این رویداد نوری بسیار کمسو است، اما آشکارساز مناسب میتواند آن را ببیند.
آشکارساز KM3NeT در عمق ۳۴۵۰ متری زیر سطح دریا قرار دارد، جایی که هیچ نور خورشیدی نفوذ نمیکند. در این تاریکی مطلق، رویدادهای نوترینویی مثل چراغهای کوچک میدرخشند. این آشکارساز از صدها گوی شیشهای که روی کابلهای عمودی نصب شدهاند، تشکیل شده که در دو مکان در دریای مدیترانه، نزدیک جزیره سیسیل و سواحل جنوبی فرانسه، مستقر شدهاند. KM3NeT از آب دریا بهعنوان محیط تعاملی برای شناسایی نوترینوها استفاده میکند و ماژولهای نوری پیشرفته آن، تابش چرنکوف را در آب شناسایی میکنند.
همچنین پژوهشگران بررسی کردند که KM3-230213A چگونه در تصویر کلی نوترینوها قرار میگیرد، یعنی تعداد نوترینوهایی که در جهان جریان دارند و توزیع انرژی آنها چگونه است. افزودن نوترینوی ۲۲۰ پتاالکترونولتی باعث شد پیشبینیها دربارۀ رفتار نوترینوها با دادههای موجود سازگارتر شود.
در نهایت، و شاید جالبتر از همه، مقاله این موضوع را بررسی کرد که آیا ذرۀ KM3-230213A نشاندهنده وجود یک منبع یا فرآیند جدید برای تولید نوترینوهای فوقانرژی است یا نه. «این نکته مهم است، زیرا انتظار میرود چنین مولفه جدیدی در انرژیهای بسیار بالا پدیدار شود، به دلیل وجود ‘نوترینوهای کیهانی’ که از برهمکنش پرتوهای کیهانی با تابش زمینه کیهانی (قدیمیترین نور قابل مشاهده جهان که حدود ۱۳٫۸ میلیارد سال پیش منتشر شد) ایجاد میشوند. یا ممکن است این مولفه جدید ناشی از جمعیتی تازه از اجرام اخترفیزیکی باشد که نوترینوهای فوقانرژی منتشر میکنند.»
با این حال، تحلیل انجامشده نتوانست تعیین کند که آیا واقعاً چنین مولفه جدیدی وجود دارد یا خیر. منشأ احتمالی نوترینو همچنان میتواند فوران از محیطهای بسیار شدید در مرکز کهکشانها، انفجارهای پرتو گاما ناشی از مرگ ستارگان، یا برهمکنش با تابش زمینه کیهانی باشد.
دانشمندان معتقدند که به احتمال زیاد، این نوترینو از درون کهکشان راهشیری نیامده است. بنابراین، هر کجا که متولد شده باشد، KM3-230213A در جایی بسیار دور و بسیار پرانرژی شکل گرفته است. تلاشها برای دقیقتر کردن مسیر آن ادامه دارد تا شاید نقطه آغازش شناسایی شود — بنابراین داستان KM3-230213A هنوز تمام نشده است. «KM3-230213A پنجرهای تازه به روی نجوم نوترینوهای فوقانرژی گشود. تحلیل ما اولین تلاش برای ترکیب مشاهدات چندین تلسکوپ در یک بازه وسیع انرژی برای توصیف طیف فوقانرژی است. این بهترین شانس ما برای شناخت پرانرژیترین اجرام موجود در جهان است.» جزئیات بیشتر این پژوهش در نشریۀ Physical Review X منتشر شده است.
سایت علمی بیگ بنگ / منبع: sciencealert.com
لینک کوتاه نوشته : https://bigbangpage.com/?p=109173
