Neutrino: mysterie ‘spookdeeltje’ uit de ruimte gedetecteerd in de Middellandse Zee Zee

Meld u aan voor CNN’s Wonder Theory Science -nieuwsbrief. Verken het universum met nieuws over fascinerende ontdekkingen, wetenschappelijke vooruitgang en meer.

CNN
–

Astronomen die een gigantisch netwerk van sensoren gebruiken, nog steeds in aanbouw aan de bodem van de Middellandse Zee, hebben de kosmische ‘spookdeeltjes’ met de hoogste energie gevonden die ooit is gedetecteerd.

De neutrinoOmdat het deeltje formeel bekend is, is het 30 keer energieker dan een van de weinige honderden eerder gedetecteerde neutrino’s.

Deze kleine, energieke deeltjes uit de ruimte worden vaak ‘spookachtig’ genoemd omdat ze extreem vluchtig of dampig zijn en door elke vorm van materie kunnen passeren zonder te veranderen. Neutrino’s, die vanuit de verre uithoeken van de kosmos op aarde aankomen, hebben bijna geen massa. De deeltjes reizen door de meest extreme omgevingen, waaronder sterren, planeten en hele sterrenstelsels, en Toch blijft hun structuur intact.

Een analyse van de neutrino geschreven door de KM3NET -samenwerking, die meer dan 360 wetenschappers van over de hele wereld omvat, werd woensdag gepubliceerd in het tijdschrift Natuur.

“Neutrino’s … zijn speciale kosmische boodschappers, die ons unieke informatie brengen over de mechanismen die betrokken zijn bij de meest energieke fenomenen en ons in staat stellen de verste uithoeken van het universum te verkennen,” zei studie co -auteur Rosa Coniglione, KM3NET plaatsvervangend woordvoerder en onderzoeker bij Italië in het Italië Nationaal Instituut voor nucleaire fysica, in een verklaring.

De recordbrekende neutrino, genaamd KM3-230213A, had de energie van 220 miljoen miljard elektronen volt. Dit verbazingwekkende bedrag maakt het ongeveer 30.000 keer krachtiger dan wat de Grote Hadron Collider -deeltjesversneller Bij de European Organisation for Nuclear Research (CERN) in de buurt van Genève is Zwitserland – bekend om supercharging -deeltjes tot bijna de snelheid van het licht – in staat, volgens de auteurs van de studie.

“Een manier waarop ik er graag aan denk, is dat de energie van deze enkele neutrino gelijk is aan de energie die vrijgegeven is door niet één uraniumatoom te splitsen, of tien van dergelijke atomen, of zelfs een miljoen van hen,” zei studie co -auteur Dr. Brad K . “Deze ene kleine neutrino had zoveel energie als de energie die werd vrijgegeven door een miljard uraniumatomen te splitsen … een verbijsterend nummer wanneer we de energieën van onze nucleaire splijtingsreactoren vergelijken met deze ene etherische neutrino.”

Het deeltje biedt enkele van het eerste bewijs dat dergelijke zeer energieke neutrino’s in het universum kunnen worden gecreëerd. Het team gelooft dat de neutrino van buiten de melkweg Melkweg kwam, maar ze moeten nog zijn exacte oorsprongspunt identificeren, wat de vraag oproept wat de neutrino heeft gecreëerd en in de eerste plaats over de kosmos heeft gestuurd – misschien een extreme omgeving zoals dergelijke als een supermassief zwart gatGamma Ray Burst of Supernova Remnant.

De baanbrekende detectie is het openen van een nieuw hoofdstuk van Neutrino -astronomie, evenals een nieuw observationeel venster in het universum, zei studie co -auteur Paschal Coyle, KM3NET -woordvoerder en onderzoeker bij het Center National de la Recherche Scientifique – Centre de Physique des Deseeltjes de Marseille in Frankrijk.

“KM3NET is begonnen met het onderzoeken van een reeks energie en gevoeligheid waar gedetecteerde neutrino’s afkomstig kunnen zijn van extreme astrofysische fenomenen,” zei Coyle.

Neutrino’s zijn moeilijk te detecteren omdat ze niet vaak communiceren met hun omgeving – maar ze interageren wel met ijs en water. Wanneer neutrino’s rechtstreeks interageren met de detectoren, stralen ze een blauwachtig licht uit dat kan worden opgehaald door een nabijgelegen netwerk van digitale optische sensoren ingebed in ijs of drijvend in water.

Het IceCube -neutrino -observatorium op de Zuidpool omvat bijvoorbeeld een rooster van meer dan 5.000 sensoren ingebed in het Antarctische ijs. De detector werkt sinds 2011 en heeft honderden neutrino’s ontdekt. Wetenschappers hebben sommigen van hen terug kunnen traceren Kosmische bronnenzoals een blazar of de heldere kern van een actief sterrenstelsel.

Een internationaal team bedacht het idee van een netwerk van detectoren in het begin van de jaren 2010 – bekend als de kubieke kilometer neutrino -telescoop of KM3NET – die mogelijk neutrino’s in de diepe oceaan kunnen oppakken. De installatie van het netwerk begon in 2015.

Het KM3NET maakte de recordbrekende detectie op 13 februari 2023, toen het deeltje een van zijn twee detectoren verlichtte. Arca, of het astroparticle -onderzoek met kosmiek in de afgrond, rust op een diepte van 11.319 voet (3.450 meter), terwijl Orca, of oscillatieonderzoek met kosmans in de afgrond, op een diepte van 8.038 voet (2.450 meter) ligt aan de onderkant van de Middellandse Zee.

De Arca-detector, voor de Siciliaanse kust in de buurt van Capo Passero, Italië, is ontworpen om neutrino’s met hoge energie op te pakken, terwijl Orca, in de buurt van Toulon in het zuidoosten van Frankrijk, is gewijd aan het zoeken naar neutrino’s met weinig energie.

Het KM3NET, dat een raster van sensoren omvat die aan de zeebodem verankerd, blijft in aanbouw. Maar er waren voldoende detectoren om de energierijke neutrino op te pakken, zeiden de auteurs van de studie.

De ARCA-detector werkte met slechts 10% van zijn geplande componenten op zijn plaats toen het deeltje een bijna horizonaal pad door de gehele telescoop volgde en signalen in meer dan een derde van de actieve sensoren afzette. De detector registreerde meer dan 28.000 fotonen van licht geproduceerd door het geladen deeltje.

If the energy within the neutrino was converted for our understanding of everyday objects, it would amount to 0.04 joules, or the energy of a ping-pong ball dropped from a height of 3.28 feet (1 meter), said study coauthor Aart Heijboer, physics Coördinator van KM3NET en professor aan het Dutch National Institute for Subatomic Physics, of Nikhef en University of Amsterdam in Nederland.

Die hoeveelheid zou een klein LED -licht ongeveer 1 seconde kunnen voeden, zei hij.

“Het is dus geen grote hoeveelheid energie voor elke dag objecten, maar het feit dat een dergelijke analogie met de dagelijkse wereld zelfs mogelijk is, is op zichzelf opmerkelijk. Al deze energie was opgenomen in één enkel elementair deeltje, ‘zei Heijboer in een e -mail.

Op een deeltjesschaal werd de neutrino als ultra-energetisch beschouwd, met ongeveer 1 miljard keer 100 miljoen keer de energie van zichtbare lichtfotonen, volgens de auteurs van de studie.

Door neutrino’s op aarde te detecteren, kunnen onderzoekers ze terugsporen naar hun bronnen. Inzicht in waar deze deeltjes vandaan komen, kan meer onthullen over de oorsprong van mysterieuze kosmische stralen, lang wordt gedacht dat het de primaire bron van neutrino’s is wanneer de stralen de atmosfeer van de aarde slaan.

De meest energieke deeltjes in het universum, kosmische stralen bombarderen de aarde uit de ruimte. Deze stralen bestaan ​​meestal uit protonen of atomaire kernen, en ze worden over het universum losgelaten, omdat alles wat ze produceert zo’n krachtige deeltjesversneller is dat het de mogelijkheden van de grote Hadron Collider dwergt. Neutrino’s kunnen astronomen informeren over waar kosmische stralen vandaan komen en wat hen in het universum lanceert.

Onderzoekers geloven dat iets krachtigs de nieuw gevonden neutrino heeft losgelaten, zoals een gammastralingsburst of de interactie van kosmische stralen met fotonen uit de kosmische microgolfachtergrond, die overgebleven straling van de Big Bang 13,8 miljard jaar geleden is.

Tijdens de studie identificeerden de auteurs ook 12 potentiële blazars die mogelijk verantwoordelijk zijn voor het creëren van de neutrino. De Blazars zijn compatibel met de geschatte richting waar het deeltje van werd afgelegd, op basis van gegevens verzameld door de detectoren en kruisverwijzingsgegevens van gamma-ray-, röntgen- en radiotelescopen. Maar meer onderzoek is nodig.

“Veel kosmische neutrino-detecties vertonen geen sterke correlaties met gecatalogiseerde objecten, wat misschien aangeven bronpopulaties die zeer afstandelijk van de aarde zijn, of hint op een tot nu toe ontdekt type astrofysisch object,” zei Erik K. Blaufuss, onderzoekswetenschappelijk en Deeltjes Astrofysicus van het Department of Physics aan de Universiteit van Maryland, College Park, in een begeleidend artikel. BlauiFuss was niet betrokken bij de studie.

“Hoewel een volledig begrip van de oorsprong van dit evenement tijd zal kosten, blijft het een buitengewoon welkomstbericht voor KM3NET,” zei hij.