Teori fisika berusia 60 tahun dibuktikan dengan pendeteksian partikel es berenergi tinggi

Antinutrino elektron yang menciptakan Peristiwa Resonansi Glasgow menempuh jarak yang cukup jauh sebelum mencapai IQ. Grafik ini menunjukkan perjalanannya; Garis dengan titik biru adalah jalur antinutrino. (Bukan skala.) Kredit: Kolaborasi IceCube

Pada 6 Desember 2016, sebuah partikel berenergi tinggi menghantam Bumi dari luar angkasa pada waktu yang mendekati kecepatan cahaya. Partikel tersebut, elektron antinutrino, terurai menjadi elektron jauh di dalam lapisan es di Kutub Selatan. Tabrakan itu menciptakan partikel yang jatuh ke dalam hujan partikel sekunder yang bergerak cepat, mengirimkannya ke sensor Observatorium Neutrino IceCube, teleskop raksasa yang terkubur di Gletser Antartika.

Kubus es melihat program resonansi Glasgow, diprediksi oleh fisikawan pemenang Nobel Sheldon Glasher pada tahun 1960. Dengan penemuan ini, para ilmuwan memberikan konfirmasi lebih lanjut tentang model standar fisika partikel. Ini semakin membuktikan kemampuan es batu, yang mampu mendeteksi partikel hampir tak bermassa yang disebut neutrino menggunakan ribuan sensor yang tertanam di es Antartika, mampu melakukan fisika dasar. Hasilnya dipublikasikan pada 10 Maret 2021 Alam.

Sheldon Glashoe pertama kali mengusulkan resonansi ini pada tahun 1930 ketika dia menjadi peneliti postdoctoral di Neil Bohr Institute di Copenhagen, Denmark. Di sana dia menulis sebuah makalah di mana dia berhipotesis bahwa antineutrino – kembaran antimateri dari neutrino – dapat berkomunikasi dengan elektron untuk menciptakan partikel yang masih belum terungkap melalui proses yang dikenal sebagai resonansi. Intinya adalah, antineutrino harus memiliki kekuatan tertentu untuk menciptakan resonansi ini.

Skema Observatorium Icecube Neutrino

Skema bagian dalam es dari es batu, itu berisi 86 string yang berisi 5.160 sensor cahaya yang dipasang pada kisi heksagonal tiga dimensi. Kredit: Kolaborasi IceCube

Ketika partikel yang diusulkan, boson W-minus, akhirnya ditemukan pada tahun 1973, ia menjadi jauh lebih berat daripada yang diperkirakan oleh Glasgow dan rekan-rekannya pada tahun 1960. Resonansi Glasgow akan membutuhkan neutrino dengan kekuatan 6,3 petelektronvolt, sekitar 1000 kali lebih kuat dari CRNHadronnya yang besar mampu menghasilkan colliders. Di dunia sekarang atau terencana, akselerator partikel buatan manusia tidak dapat menghasilkan neutrino dengan energi yang begitu besar.

Namun kekuatan besar lubang hitam manusia super di pusat galaksi dan fenomena kosmik ekstrem lainnya dapat menciptakan partikel dengan energi mustahil yang tercipta di Bumi. Fenomena semacam ini mungkin bertanggung jawab atas antinutrino yang mencapai es batu pada tahun 2016, yang menyebar ke seluruh dunia dengan kekuatan 6,3 PEV – seperti yang diprediksi oleh teori Glacier.

“Ketika Glasso menjadi postdock Neil Bohr, dia tidak pernah membayangkan bahwa proposal tidak konvensionalnya untuk membuat boson W-minus akan direalisasikan oleh antinutrino dari galaksi jauh di lapisan es Arktik,” kata Francis Halzen, kepala IceCube. dan Profesor Fisika di Universitas Wisconsin-Madison, markas besar Pemeliharaan dan Manajemen IceCube.

Icecube Neutrino Acara: Semacam Bunga

Adegan dari acara Glasso yang direkam oleh Icecube Detector. Setiap lingkaran berwarna menunjukkan sensor icecube yang dipicu oleh peristiwa tersebut; Lingkaran merah menunjukkan bahwa sensor dipicu sebelumnya, dan lingkaran hijau-biru menunjukkan bahwa sensor dipicu kemudian. Acara ini diberi nama “Hydrangea”. Kredit: Kolaborasi IceCube

Sejak IceCube mulai beroperasi penuh pada Mei 2011, pengamat telah mengidentifikasi ratusan neutrino astronomi berenergi tinggi dan membuat beberapa hasil penting dalam astronomi partikel, termasuk penemuan fluks neutrino astronomi pada 2013 dan identifikasi pertama sumbernya. Neutrino astrofisika, peristiwa resonansi Glasgow pada tahun 2018 penting karena energinya yang sangat tinggi. Ini hanya peristiwa ketiga yang terdeteksi di iCube dengan lebih dari 5 daya PVO.

Hasilnya adalah upaya kolaboratif oleh tim yang terdiri dari tiga ilmuwan: Lu Lu dari Chiba University di Jepang, sekarang di UW-Madison, Tianlu Yuan di UW-Madison, dan sekarang Christian Hack dari RWHH Aachen University di TU Munich.

Deteksi resonansi glauco adalah neutrino individu pertama yang dibuktikan sebagai sumber astrofisika. Ini juga menampilkan kontribusi unik IceCube untuk fisika astro multimedia, yang menggunakan cahaya, partikel, dan Gelombang gravitasi Untuk mempelajari kosmos. Hasilnya juga membuka babak baru dalam astronomi neutrino yang mulai mengisolasi neutrino dari antinutrino.

“Pengukuran sebelumnya tidak sensitif terhadap perbedaan antara neutrino dan antinutrino, jadi hasil ini adalah pengukuran langsung pertama dari komponen antinutrino fluks neutrino astrofisika,” kata Lu, salah satu analis utama dalam penelitian tersebut.

“Sumber neutrino astrofisika memiliki banyak sifat yang tidak dapat kita ukur seperti ukuran fisik zona percepatan dan energi medan magnet,” kata Yuan, asisten ilmuwan di Wisconsin Icecube Particle Astrophysics Center. Namun, kita dapat menyelidiki ini fitur secara langsung. “

Hasilnya juga menunjukkan nilai kerjasama internasional. IceCube dijalankan oleh lebih dari 400 ilmuwan, insinyur, dan staf dari 53 organisasi di 12 negara, yang secara kolektif menyebutnya Kolaborasi IceCube. Para analis utama surat kabar tersebut telah bekerja sama di seluruh Asia, Amerika Utara, dan Eropa.

Untuk mengonfirmasi deteksi dan membuat ukuran pasti dari rasio neutrino terhadap antinutrino, kolaborasi IceCube berupaya melihat lebih banyak resonansi Glasgow. Perluasan yang diusulkan dari Detektor IceCube, IceCube-Gen2, akan memungkinkan para ilmuwan untuk mengukurnya secara signifikan secara statistik. Kolaborasi baru-baru ini mengumumkan langkah pertama dalam Iscube-Gen2, peningkatan pendeteksi yang akan diterapkan dalam beberapa tahun mendatang.

Glasho, seorang profesor fisika emeritus di Universitas Boston, menggemakan identifikasi lebih lanjut tentang fenomena resonansi deskriptif.

“Yang pasti, kita harus melihat bahwa fenomena nasional yang sama harus dilihat dalam kekuatan yang sama,” katanya. “Sejauh ini ada satu, dan suatu hari akan ada lebih banyak”

Baca deteksi partikel es batu berenergi tinggi untuk membaca lebih lanjut tentang penelitian ini.

Referensi: IceCube Collaboration, 10 Maret 2021 oleh “Detection of a Particle Shower in Glasgow Resonance with IceCuber” Alam.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03256-1

Pekerjaan ini didukung sebagai bagian dari National Science Foundation (diberikan OPP-1600823 dan PHY-191360).

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Topan Super Surigae menyulut Pasifik

19 April 2021 Topan super mencapai intensitas ekstrem setahun lebih banyak daripada badai era satelit mana pun. Surigae tidak akan mendarat, tetapi topan yang muncul di...

Mekanisme fotoenzim kunci yang diuraikan

Kesan artis tentang katalisis enzimatik yang diusulkan dalam mekanisme fotodekarboksilase asam lemak (Sains 2021). Kredit: Damien Sorigué Pengoperasian enzim FAP, yang berguna untuk memproduksi...

DOE Mendorong Investasi A.S. yang Agresif dalam Energy Fusion

Sinar laser energi tinggi NIF berkumpul di target di tengah kamera target. Keberhasilan mendapatkan penyalaan fusi akan menjadi langkah maju yang besar dalam...

Fisikawan menciptakan bit kuantum yang dapat mencari materi gelap

Sebuah qubit (persegi panjang kecil) dipasang pada tingkat kebiruan, yang berada di atas jari untuk menunjukkan skala. Ilmuwan di Farmland Universitas Chicago menggunakan...

Ahli paleontologi memperkirakan bahwa 2,5 miliar T. rex menjelajahi Bumi selama periode Kapur

Untuk semua mereka yang terlambatKapur Menurut sebuah studi baru, jumlah total tyrannosaurus yang pernah hidup di Bumi adalah sekitar 2,5 miliar individu, di mana...

Newsletter

Subscribe to stay updated.