60 Taon ng Physics Theory na Napatunayan ng IceCube Detection ng isang High Energy Particle

Ang electron antineutrino na lumikha ng kaganapan sa resonance ng Glashow ay naglakbay nang malayo bago maabot ang IceCube. Ipinapakita ng tsart na ito ang paglalakbay nito; ang asul na tuldok na linya ay ang landas ng antineutrino. (Hindi na-scale.) Kredito: Pakikipagtulungan sa IceCube

Noong Disyembre 6, 2016, isang maliit na lakas na maliit na butil ang tumalbog mula sa kalawakan patungo sa Earth sa bilis na malapit sa bilis ng ilaw. Ang maliit na butil, isang electron antineutrino, ay tumama sa isang electron sa ilalim ng Antarctic ice sheet. Ang salpukan na ito ay nagpalitaw sa mga sensor ng IceCube Neutrino Observatory, isang malaking teleskopyo na inilibing sa Antarctic glacier, na gumagawa ng isang maliit na butil na mabilis na nabulok sa isang pangalawang pag-ulan ng mga partikulo.

Nakita ng IceCube ang hindi pangkaraniwang bagay na resonance ng Glashow, isang kababalaghan na hinulaang pisisista na nanalong Nobel Prize na si Sheldon Glashow noong 1960. Sa pagpapasiyang ito, nagbigay ang mga siyentipiko ng isa pang kumpirmasyon ng Pamantayang Modelo ng pisika ng maliit na butil. Ipinakita rin ang kakayahan ng IceCube na gumawa ng pangunahing pisika, na tiktikan ang halos walang mga partikulo na tinatawag na neutrino gamit ang libu-libong mga sensor na naka-embed sa Antarctic yelo. Ang resulta ay nai-publish noong Marso 10, 2021. Kalikasan.

Si Sheldon Glashow ay unang nagpanukala ng taginting na ito noong 1960, nang siya ay isang mananaliksik na postdoctoral sa Niels Bohr Institute sa Copenhagen, Denmark ngayon. Doon, nagsulat siya ng isang artikulo kung saan hinulaan niya na ang isang antineutrino – isang antimatter na kambal ng neutrino – ay maaaring makipag-ugnay sa isang elektron upang makabuo ng isang hindi pa natuklasan na maliit na butil sa pamamagitan ng isang proseso na kilala bilang resonance. Ang susi ay ang antineutrino na dapat magkaroon ng isang tumpak na enerhiya upang makagawa ng taginting na ito.

IceCube Neutrino Observatory Diagram

Ang diagram ng in-ice na bahagi ng IceCube, na naglalaman ng 86 na mga wire na may hawak na 5,160 light sensor na nakaayos sa isang three-dimensional hexagonal grid. Kredito: Pakikipagtulungan sa IceCube

Nang ang iminungkahing maliit na butil, ang W minus boson, sa wakas ay natuklasan noong 1983, ito ay naging mas mabigat kaysa sa inaasahan ni Glashow at ng kanyang mga kasamahan noong 1960. Ang Glashow resonance ay mangangailangan ng isang 6.3 petaelectronvolt energy neutrino. Halos 1000 beses na mas masigla kaysa sa ano CERNMaaari itong makabuo ng isang Malaking Hadron Collider. Walang accelerator na gawa ng tao sa mundo, kasalukuyang o plano, na maaaring lumikha ng isang neutrino na may ganitong lakas.

Gayunpaman ang napakalaking mga enerhiya ng supermassive black hole sa mga sentro ng mga kalawakan at iba pang matinding pang-cosmic na kaganapan ay maaaring gumawa ng mga maliit na butil na may mga energies na imposibleng likhain sa Earth. Ang isang ganoong kababalaghan ay responsable para sa antineutrino na umabot sa IceCube noong 2016 at tinamaan ang Daigdig na may 6.3 lakas na PeV – eksakto na hinulaan ng teorya ni Glashow.

“Habang nagtatrabaho bilang isang postdoc sa Glashow at Niels Bohr, hindi maisip ni Glashow na ang kanyang hindi pangkaraniwang panukala upang makagawa ng W-minus boson ay maisasakatuparan ng antineutrino mula sa isang malayong kalawakan,” sinabi ng punong investigator ng IceCube na si Francis Halzen at pagpapanatili ng IceCube at Propesor ng pisika sa Unibersidad ng Wisconsin-Madison, ang sentro ng pagpapatakbo nito.

IceCube Neutrino Aktibidad: Hydrangea

Isang visualisasyon ng kaganapan ng Glashow na naitala ng detektor ng IceCube. Ang bawat kulay na bilog ay kumakatawan sa isang sensor ng IceCube na na-trigger ng kaganapan; ipinapahiwatig ng mga pulang bilog na dati nang nag-trigger ng mga sensor at ang mga berdeng-asul na bilog ay nagpapahiwatig ng mga sensor na na-trigger sa paglaon. Ang pangyayaring ito ay pinangalanang “Median”. Kredito: Pakikipagtulungan sa IceCube

Dahil ang IceCube ay buong pagpapatakbo noong Mayo 2011, ang obserbatoryo ay nakakita ng daan-daang mga neutrino na may mataas na enerhiya at nakagawa ng isang bilang ng mga mahahalagang resulta sa maliit na butil na astropisiko, kabilang ang pagtuklas ng isang astrophysical neutrino flux noong 2013 at ang unang pagkakakilanlan ng isang mapagkukunan. Astrophysical neutrinos sa 2018. Ang kababalaghan ng Glashow resonance ay kapansin-pansin dahil sa sobrang taas ng enerhiya. Ito ay pangatlong kaganapan lamang na may lakas na mas malaki sa 5 PeV na nakita ng IceCube.

Ang konklusyon na ito ay isang pakikipagtulungan na pagsisikap ng isang pangkat ng tatlong siyentipiko: Lu Lu mula sa Chiba University sa Japan, Tianlu Yuan mula sa UW-Madison, kasalukuyang nasa UW-Madison, at RWTH Aachen, ngayon ay nasa TU Munich. Christian Haack ng Unibersidad.

Ang pagtuklas ng resonance ng Glashow ay ang unang neutrino na napatunayan na nagmula sa astrophysical. Ipinapakita rin nito ang natatanging mga kontribusyon ng IceCube sa multidimensional astrophysics na gumagamit ng ilaw, mga maliit na butil at ilaw. mga alon ng gravity upang pag-aralan ang cosmos. Ang resulta ay magbubukas din ng isang bagong pahina sa neutrino astronomy sapagkat nagsisimula na itong paghiwalayin ang neutrino mula sa antineutrinos.

“Ang mga nakaraang sukat ay hindi sensitibo sa pagkakaiba sa pagitan ng neutrino at antineutrino, kaya ang resulta na ito ay ang unang direktang pagsukat ng isang bahagi ng antineutrino ng pagkilos ng bagay na neutrino ng astropisiko,” sabi ni Lu, isa sa pangunahing mga analista para sa artikulong ito.

“Ang mga mapagkukunan ng astrophysical neutrino ay may bilang ng mga pag-aari na hindi namin masusukat, tulad ng pisikal na laki ng accelerator at lakas ng magnetikong patlang sa rehiyon ng pagpabilis,” sabi ni Yuan, isang katulong na siyentista sa Wisconsin IceCube Center para sa Particle Astrophysics, at iba pa master analista. “Kung matutukoy natin ang neutrino-antineutrino ratio, maaari nating direktang maimbestigahan ang mga katangiang ito.”

Ipinapakita rin ng resulta ang halaga ng kooperasyong internasyonal. Ang IceCube ay pinamamahalaan ng higit sa 400 mga siyentipiko, inhinyero at kawani mula sa 53 na institusyon sa 12 bansa, na magkakasamang kilala bilang IceCube Collaboration. Ang pangunahing mga analista sa artikulong ito ay nagtulungan sa Asya, Hilagang Amerika, at Europa.

Nais ng Pakikipagtulungan ng IceCube na makita ang higit pang mga resonance ng Glashow upang kumpirmahin ang pagtuklas at gumawa ng isang tumpak na pagsukat ng neutrino-antineutrino ratio. Ang isang iminungkahing pagpapalawak ng detektor ng IceCube, ang IceCube-Gen2, ay magbibigay-daan sa mga siyentista na gumawa ng nasabing mga sukat sa isang makabuluhang istatistika na paraan. Kamakailan ay inihayag ng pakikipagtulungan na ang detektor, na ipapatupad sa susunod na ilang taon, ay na-upgrade, ang unang hakbang patungo sa IceCube-Gen2.

Si Glashow, ngayon ay isang retiradong propesor ng pisika sa Boston University, ay inulit ang pangangailangan para sa karagdagang pagtuklas ng mga resonance phenomena na nagdala ng kanyang pangalan.

“Upang maging sigurado, dapat nating makita ang isa pang ganoong kaganapan na may parehong lakas tulad ng nakikita,” sabi niya. Mayroong isa sa ngayon, at isang araw ay magkakaroon ng higit pa.

Basahin ang Pagtuklas ng IceCube ng isang Mataas na Bahagi ng Enerhiya para sa karagdagang impormasyon sa pananaliksik na ito.

Sanggunian: “Ang pagtuklas ng ulan ng isang maliit na butil sa resonance ng Glashow na may IceCube”, Ang Pakikipagtulungan ng IceCube, Marso 10, 2021, Kalikasan.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03256-1

Ang gawaing ito ay bahagyang suportado ng National Science Foundation (mga donasyong OPP-1600823 at PHY-191360.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ang lumalaking problema ng “malalim na heograpiya”

Ang maaaring mukhang isang imahe ng Tacoma ay talagang isang simulate na nilikha sa pamamagitan ng paglilipat ng mga biswal na imahe ng Beijing...

Bagong Milky Way Exterior Destroyers Bagong Sky Map ay Inilabas – Madilim na Mahalagang Mga Konsepto ay Maaaring Magbigay ng Bagong Eksperimento

Ang mga astronomo ay naglabas ng isang bagong celestial map ng Milky Way galaxy na pinakamalapit sa aming kalawakan. Kredito: NASA / JPL-Caltech...

Susunod na Generation Stable Pop-Up na Istraktura na inspirasyon ni Origami

Ni Harvard John A. Paulson School of Engineering at Applied Science Abril 22, 2021 Ang hindi masusunog na kanlungan na ito ay hindi natatakpan ng makapal...

Pinalitan ng DNA ang Y Chromosome na Nag-aambag ng Maikling Buhay na Buhay sa Mga Lipad ng Lalaki

Pagpapayaman ng Heterochromatin sa lahat ng mga chromosome. Immunofluorescence stain ng H3K9me3 sa male mitotic chromosome. Bar scale ay 50μm. Kredito:...

Pinapayagan ng mga polimer na kumakain ng polimer ang “biodegradable” na mga plastik na tunay na masusunog

Ang ginagamot na plastik (kaliwa) ay naghiwalay pagkatapos ng tatlong araw lamang sa karaniwang pag-aabono (kanan) at ganap na makalipas ang dalawang linggo. ...

Newsletter

Subscribe to stay updated.