2017.12.01. - Neutrínóvadászat a jégben

Fizikusok megerősítették az elméleti előrejelzést, miszerint a nagy energiájú neutrínók nem tudnak áthaladni a Földön, újabb bizonyítékot szolgáltatva így a standard modell működőképességére.

Fizikusok megerősítették az elméleti előrejelzést, miszerint a nagy energiájú neutrínók nem tudnak áthaladni a Földön. Egy nemzetközi kutatócsoport az IceCube Neutrino Observatory méréseivel azt vizsgálta, hogyan nyeli el a Föld a nagy energiájú neutrínókat.

Az IceCube Neutrino Observatory épülete az Amundsen-Scott-fok közelében.
[icecube.wisc.edu]

A Nature-ben publikált eredmények megerősítik, hogy a nagy energiájú neutrínóknak jóval kisebb az áthatoló képességük, így a bolygónk megállítja azokat. "Pontosan úgy viselkednek (a neutrínók), ahogyan a standard modell előrejelzi" – mondta Gary Hill (Adelaide-i Egyetem), a tanulmány egyik szerzője. "Kiderült, hogy (a standard modell) gyönyörűen működik."

A neutrínók apró részecskék, amelyek általában csak ritkán hatnak kölcsön az anyaggal. Annak ellenére, hogy a világegyetem tele van neutrínókkal (ebben a másodpercben is 100 millió haladt keresztül az Ön testén), viszonylag csak ritkán találnak el bármit is. Ezért nehéz azokat észlelni.

Az IceCube Neutrino Observatory ezeket a ritka ütközéseket figyeli. A berendezése több ezer szenzorból áll, amelyek egy 1 km-es oldalú kocka alakú térrészben vannak elhelyezve, másfél km mélyre lefúrva az Antarktisz jegében. Az érzékelők akkor jeleznek, ha kék fény felvillanását észlelik. Ezt a fényt azok a részecskék adják ki, amelyekkel a bejövő neutrínók kölcsönhatásba léptek. A fényvillanásokat nyomon követve a kutatók kikövetkeztethetik, milyen irányból érkezett a kérdéses neutrínó, illetve, hogy milyen gyorsan jött (azaz mekkora volt az energiája az elnyelődés előtt).

A szenzorok elhelyezkedése a jégfelszín alatt.
[Nasa-verve - IceCube Science Team – Francis Halzen, Department of Physics, University of Wisconsin]

A részecskefizika standard modellje azt jósolja, hogy a neutrínók ütközési hatáskeresztmetszete az energiájuk növekedésével emelkedik. Másképpen fogalmazva: a nagy energiájú neutrínók könnyebben nyelődnek el az anyagban, mint a kisebb energiájúak. Eddig azonban a fizikusok nem tudták kísérletileg ellenőrizni ezt az előrejelzést, mivel a legtöbb neutrínódetektor csak a Nap (vagy más csillagok, esetleg részecskegyorsítók) által kibocsátott alacsonyabb energiájú neutrínókat tudja észlelni. Az IceCube azonban érzékeny ezekre a rendkívül nagy energiájú neutrínókra is. Ilyenek (többek között) akkor keletkeznek, amikor a kozmikus sugárzás kölcsönhatásba lép a Föld felsőlégkörében lévő részecskékkel.

A 2010-ben és 2011-ben megfigyelt több mint 10000 ilyen neutrínó tanulmányozásával a kutatók megerősíthették, hogy nagyon kis számban érkeztek olyan irányokból, amelyek a Földön keresztülhaladtak. Ez arra enged következtetni, hogy ezek a nagy energiájú neutrínók a bolygón való áthaladásuk során elnyelődtek.

"Természetesen reménykedtünk benne, hogy új fizikát találunk" – nyilatkozta Francis Halzen (Wisconsin-Madison Egyetem), az IceCube együttműködés vezetője. "De sajnos azt tapasztaljuk, hogy a standard modell, mint rendesen, ellenáll a próbálkozásnak."

Az eredményeket részletező szakcikk a Nature magazinban jelent meg.

Forrás:

• csillagaszat.hu 2017.11.30.