Nötrinos adı verilen hafif parçacıklar üzerine yapılan son araştırmalar sizi her saniyede vücudunuzdan geçen 10 trilyondan fazla nötrino gibi geçmiş olabilir. Şimdi, yeni makalemiz – 21 ülke, 60’dan fazla enstitü ve yaklaşık 360 bilim insanı ile katkıda bulunan – henüz en enerjik nötrino gözlemlendiğini bildiriyor.
Çevremizdeki muazzam sayıda nötrino olmasına rağmen, bu yılın en heyecan verici ve en nadiren altronomik olaylarından biridir. Makalemiz dergide yayınlandı Doğa.
Nötrinolar, evrenimizde bol miktarda bulunan küçük temel (atom altı) parçacıklardır. Yine de, muhtemelen hiç görmediniz. Onlar aşina olduğumuz gibi başka konularla etkileşime girmezler.
Örneğin, yük eksikliği, günlük deneyimlerimizin çoğunu yöneten elektrostatik kuvvetin onlarla hiç etkileşime girmediği anlamına gelir. Ve onların kaybolan küçük kitlesi, yerçekiminin – yaşadığımız diğer büyük kuvvetin – Dünya’daki laboratuvar koşullarında da hiçbir etkisi olmadığı anlamına gelir.
Bu nedenle, varlıklarını tespit etmek en azını söylemek zordur.
Nötrinolar çok sayıda ortamda üretilebilir. Bunlar, büyük bir yıldızın şiddetli ölümü sırasında ve süper kütleli kara deliklerin etrafındaki sıcak, yoğun disklerde sadece birkaçını isimlendirmek için muzun radyoaktif çürümesini içerir.
Radyoaktif bozulmayı yöneten zayıf nükleer kuvvetin eylemleri ile oluşurlar. Atomik çekirdeğini oluşturan protonlar adı verilen pozitif yüklü parçacıkların nötronlara, atomik çekirdeğinde de var olan nötr yüklü parçacıklara ve tam tersi olan pozitif yüklü parçacıkları mümkün kılan bu kuvvettir.
Doğrudan bir nötrinayı tespit edemeyiz. Ancak, ara sıra (çok nadiren olsa da), bir şeye çarpabilirler. Bu olduğunda, bu zayıf nükleer kuvvetin etkisiyle, bir elektron gibi yüklü bir parçacık, tespit edebileceğimiz – görünüşte hiçbir yerden – yaratılabilir.
Bu yüklü parçacıklar muazzam hızlarda seyahat eder. Ve su gibi bir ortamdan geçtiklerinde, yavaşladıkça ürkütücü, hafif mavi bir parıltı yaratırlar. Cherenkov etkisi olarak adlandırılan bu olay, nükleer reaktör tutma havuzlarında da gerçekleşir.
Bu etkileşimler ne kadar (veya olası değildir)? Bir madde parçacığı ile etkileşime girme olasılığına sahip olmak için adil bir madeni parada üst üste 75 kafayı çevirmeniz gerekir. Bunun kolay olduğunu mu düşünüyorsun? Devam et ve çevir. Biraz zaman alacak.
Deniz altında
KM3net Teleskop İşbirliği, bu Nötrino olaylarının Telltale zayıf parıltısı için Akdeniz’in derinliklerini incelemek için bu Cherenkov etkisini kullanıyor. Biri Toulon, Fransa kıyılarında ve biri Sicilya’nın güney kıyılarında olmak üzere iki büyük tespit istasyonu işletiyorlar. Bilim adamları gün boyunca etkinlikleri izlemeye devam ediyorlar.
Bu dedektörlerin ölçeği, çoğu nötrino dedektör gibi devasadır, çünkü zor nötrino çarpışmasını tespit etmenin tek yolu, nötrino’nun etkileşime girebileceği madde miktarını arttırmaya çalışmaktır. Aslında, KM3net kısaltmasının KM3 kısmı, dedektörün tamamlandığında araştıracağı deniz suyunun kilometre küpünü (KM3) temsil eder.
Tespit istasyonlarının her biri yaklaşık 600 ışık dedektöründen oluşur – her biri, yüzeyin 3,5 km altına kadar deniz tabanına tutturulmuş kablolara bağlı 31 ışık algılama tüpü içeren -küresel şamandıralar.
Son makalemizde açıklanan parçacık 13 Şubat 2023’te tespit edildi. Merak edebilirsiniz: Neden Uzun Bekleme? Aradan geçen süre, Avrupa’daki işbirlikçilerinin etkinliğin doğasını doğrulamak için tespiti doğrulamak ve simüle ederek harcandı. KM3net ekibi tarafından aylarca süren çalışmalardan sonra, bunun şimdiye kadar kaydedilen bir nötrino etkileşiminin en enerjik gözlemi olduğunu söyleyebiliriz.
Sicilya’daki dizi boyunca yaklaşık 28.000 foton (ışık parçacıkları) tespit edildi, bu da son derece enerjik bir olayın daha yeni gerçekleştiğini gösterdi. Bununla birlikte, ortalama 75W ampul saniyede milyonlarca ve milyonlarca foton üretir (daha kesin olmak için yaklaşık 100 quintillion). Ancak bu birkaç binlerce foton küçük bir olay gibi görünse de, bunun tek bir parçacık tarafından üretildiğini unutmayın.
Aslında, böyle parlak bir ekrandan sorumlu nötrino enerjisinin, şimdiye kadar kaydedilen en yüksek enerjili nötrinodan 220 PETA-Electronvolt (PEV) veya 30 kat daha enerjik olduğu tahmin edilmektedir. Parçacık enerjileri açısından, dünyanın en enerjik hızlandırıcı tesisi olan CERN’de üretilen parçacıklardan yaklaşık 1000 kat daha enerjiktir.
Bu rekor kıran olay tarafından üretilen ışık, dedektör dizisi ile takip edilebilir ve işbirliğimiz, bu yüksek enerjili nötrino’nun horizontal yörüngesini yeniden yapılandırmak için kullanabildi. Alınan yol, bu nötrino’nun kozmik kökenli olduğunu gösterir.
Tam olarak nereden geldiğini bilmiyoruz, ancak üretmiş olabilecek 12 potansiyel blazar (aktif galaksilerin parlak çekirdekleri) belirledik. Kozmik ışınların kozmik enerji arka planından fotonlarla etkileşimi yoluyla da oluşturulması da mümkündür.
Bu tespit, evrende meydana gelen ultra yüksek enerjili fenomenlere bir pencere sağlar ve örneğin, en enerjik kozmik ışınların bazılarının doğasını daha iyi anlamamıza yardımcı olabilir. Dahası, gözlem, yüksek enerjili nötrinoların varlığını tahmin eden teorik modelleri daha fazla test etmemize yardımcı olabilir.
