În Universul nostru există acceleratoare de particule care sunt de 40 de milioane de ori mai puternice decât Large Hadron Collider (LHC) de la CERN. Oamenii de ştiinţă nu ştiu cum arată aceste acceleratoare cosmice sau unde se află ele, dar pe baza noilor rezultate obţinute cu ajutorul lui IceCube, observatorul de neutrini ce se află la Polul Sud, am putea afla.

 

 

 

Noile rezultate ar trebui, de asemenea, să şteargă orice urmă de îndoială asupra posibilităţilor lui IceCube de a obţine informaţiile promise.

 


IceCube este un observator de neutrini ale cărui detectoare sunt îngropate la o adâncime mai mare de o milă sub gheaţa de la Polul Sud.
Credit imagine: Emanuel Jacobi din cadrul National Science Foundation



„Proiectul IceCube a anunţat observarea a 28 de evenimente ce au o energie extrem de mare şi care constituie primele dovezi solide pentru neutrinii ce provin din surse astrofizice aflate în afara sistemului nostru solar", declară Spencer Klein, un cercetător principal din cadrul Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) şi care este de mult timp un membru al colaborării IceCube. „Cele 28 de evenimente includ doi neutrini care au cea mai mare energie observată vreodată şi care au fost denumiţi Bert şi Ernie".

Noile rezultate obţinute cu ajutorul lui IceCube şi care au fost publicate în revista Science, furnizează dovezi experimentale că undeva în Univers există ceva ce accelerează particule la energii mai mari de 50 trilioane de electroni volţi (TeV) şi, în cazul neutrinilor denumiţi Bert şi Ernie, chiar mai mari de un cvadrilion de electroni volţi (PeV). Prin comparaţie, acceleratorul LHC accelerează protoni la o energie de aproximativ 4 TeV în fiecare din fasciculele sale. Chiar dacă rezultatele obţinute cu ajutorul lui IceCube nu le oferă oamenilor de ştiinţă un răspuns cu privire la natura acestor acceleratoare cosmice sau a locului unde acestea se află ele totuşi le furnizează oamenilor de ştiinţă o busolă care îi poate ghida pe aceştia pe calea obţinerii răspunsurilor dorite.

Acceleratoarele cosmice şi-au manifestat prezenţa prin intermediul unor raze cosmice care apar rar şi care au o energie foarte mare. Acestea, în ciuda numelui lor, sunt formate din particule încărcate electric, în principal din protoni, dar şi din nuclee mai grele ale unor atomi precum fierul. Este cunoscut faptul că razele cosmice de ultra-înaltă energie provin din afara sistemului nostru solar. Datorită sarcinii lor electrice acestea sunt deviate din drumul lor pe măsură ce trec prin câmpurile magnetice interstelare, ceea ce face imposibilă determinarea locului din Univers de unde au venit. Cu toate acestea, atunci când protonii şi nucleele atomice din razele cosmice interacţionează cu gazul şi lumina rezultă o emisie de neutrini care au energii proporţionale cu cele ale razelor cosmice care au condus la apariţia lor. Neutri din punct de vedere electric şi aproape fără masă neutrinii sunt ca nişte fantome care călătoresc prin spaţiu în linie dreaptă de la punctul lor de origine, ei trecând practic prin tot ce stă în calea lor, fără a fi perturbaţi.

„Singurul mod prin care neutrinii interacţionează este prin intermediul forţei nucleare slabe, astfel încât aceştia nu sunt deviaţi de către câmpurile magnetice în timpul deplasării lor, ei trecând cu uşurinţă prin materia densă reprezentată de stele şi care opreşte razele cosmice", declară Klein. „Datorită acestor caracteristici neutrinii reprezintă instrumente valoroase de observare a Universului şi din acest motiv studiul lor este o adevărată provocare pentru oamenii de ştiinţă".




Imaginea prezintă pe Lisa Gerhardt şi Spencer Klein alături de IceCube Digital Optical Module (DOM). Observatorul IceCube conţine 5.160 detectoare DOM pentru detecţia radiaţiei Cerenkov emisă de neutrinii de mare energie în gheaţă.
Credit: Roy Kaltschmidt, Berkeley Lab


Observatorul IceCube constă din 5.160 detectoare de mărimea unei mingi de baschet denumite Digital Optical Modules (DOMs) care au fost concepute şi proiectate în mare parte la Berkeley Lab. Detectoarele DOM sunt suspendate de-a lungul a 86 cabluri încorporate într-un kilometru cub de gheaţă aflată la Polul Sud la 1,5 kilometri sub gheaţa din Antarctica. Dintre miile de miliarde de neutrini care trec prin gheaţă în fiecare zi doar câteva sute se vor ciocni cu nucleele de oxigen rezultând în acest fel o lumină albastră corespunzătoare radiaţiilor Cerenkov pe care detectorii DOM ai lui IceCube o detectează.

„Fiecare dintre detectoarele DOM ale lui IceCube a fost conceput pentru a funcţiona sub forma unui mini-calculator de tip server la care ne putem conecta şi de la care putem descărca date sau să instalăm programe", declară Robert Stokstad, un cercetător principal al Nuclear Science Division din cadrul Berkeley National Laboratory, cel care a condus dezvoltarea detectoarelor DOM şi a fost unul dintre susţinătorii de bază ai proiectului IceCube. „Suntem extrem de mulţumiţi când vedem cât de performante sunt acestea".

Cele 28 de evenimente în care au fost implicaţi neutrini de înaltă energie au fost anunţate în revista Science de către cercetători de la IceCube şi au fost descoperite în datele colectate în perioada cuprinsă între mai 2010 şi mai 2012. Analizând cele mai recente date, Lisa Gerhardt, din partea Berkeley Lab, a descoperit un alt eveniment care a avut o energie aproape dublă faţă de cea a lui Bert şi a lui Ernie. Poreclit „Big Bird" acest nou eveniment a fost prezentat de către Klein la International Cosmic-Ray Conference (Conferinţa internaţională cu privire la razele cosmice).

„La fel ca cele mai multe descoperiri ştiinţifice, găsirea lui Big Bird a fost o combinaţie de muncă grea şi de noroc şi totul s-a întâmplat în după-amiaza ultimei mele zile de lucru la IceCube", declară Gerhardt, care în momentul descoperirii s-a aflat alături de Nuclear Science Division a Berkeley Labs şi care acum se află în cadrul National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC) acolo unde supercomputerele sunt folosite pentru a selecta semnalele neutrinilor faţă de zgomotul cosmic din cadrul observaţiile obţinute de IceCube.

„La început am fost neîncrezător deoarece am gândit că trebuie să existe o altă explicaţie pentru acest eveniment de mare energie", declară Gerhardt. „Cu toate acestea, explicaţiile alternative au fost infirmate una câte una până când, în sfârşit, am ştiut că am găsit evenimentul cel mai energic de până acum cu IceCube şi care provine, cel mai probabil, de la un neutrin astrofizic. Am părăsit observatorul IceCube cu emoţie!".




Evenimentul surprins pe ecran este numit „Bert", unul dintre cele două evenimente în care au fost implicaţi neutrini descoperiţi de IceCube şi ale căror energii depăşesc un petaelectronvolt (PeV). Culorile indică momentele când a sosit lumina, nuanţele de roşu indicând momentele cele mai timpurii, ele fiind urmate de culorile galben, verde şi albastru. Dimensiunea cercului indică numărul de fotoni observaţi.
Credit: IceCube Lab


Cu privire la sursa misterioaselor acceleratoare cosmice, Klein crede că aceste prime rezultate obţinute cu ajutorul lui IceCube ne conduc către nucleele galactice active, enorme jeturi de particule emise de către o gaură neagră după ce aceasta a înghiţit o stea.

„Cele 28 de evenimente care au fost anunţate nu ne indică sursa lor", declară Klein, „dar imaginea de ansamblu a acestora pare să sugereze că nucleele galactice active reprezintă principalul pretendent, al doilea pretendent putând fi reprezentat de ceva la care noi nu ne-am gândit încă".

Proiectul IceCube cuprinde în prezent mai mult de 200 de cercetători care reprezintă 39 de instituţii din 11 ţări diferite, inclusiv Berkeley Lab, şi este condus de University of Wisconsin-Madison. În mare parte proiectul este finanţat de National Science Foundation. Studiul publicat în revista Science este intitulat „Evidence for High-Energy Extraterrestrial Neutrinos at the IceCube Detector".

„După ce am observat sute de mii de neutrini atmosferici am găsit ceva diferit", spune Francis Halzen, cercetător principal în cadrul IceCube şi profesor de fizică în cadrul University of Wisconsin–Madison. „Este îmbucurător să vedem în sfârşit ceea ce am căutat de atâta timp. Acesta este începutul unei noi epoci în astronomie".

Traducere de Cristian-George Podariu după cosmic-icecube cu acordul editorului

Write comments...
symbols left.
You are a guest ( Sign Up ? )
or post as a guest
Loading comment... The comment will be refreshed after 00:00.

Be the first to comment.