Noi recorduri de neutrini: oamenii de știință se confruntă cu sursele cosmice!

Noi recorduri de neutrini: oamenii de știință se confruntă cu sursele cosmice!

Detectorul de neutrini IceCube, care este situat la Polul Sud și se extinde până la 2,5 kilometri adâncime în gheață, este folosit din 2009 pentru a cerceta sursele razelor cosmice. Oamenii de știință, inclusiv cercetătorii de la Universitatea Ruhr Bochum, se confruntă cu provocarea că majoritatea neutrinilor detectați provin din atmosfera Pământului. Acest fapt face dificilă identificarea clară a surselor cosmice. Neutrinii sunt cunoscuți ca „particule fantomă” deoarece trec prin materie fără a interacționa cu ea. Dar IceCube a făcut recent un progres semnificativ: a fost detectat un neutrin cosmic cu o energie extrem de mare cu o energie de 220 de petaelectron volți, care este de 22 de cvadrilioane de ori energia unui electron. Această descoperire a fost capturată de Kilometer Cube Neutrino Telescope (KM3NeT) în Marea Mediterană și reprezintă un nou record în astronomia neutrinilor, după ce IceCube a detectat anterior neutrini la 6,5 ​​petaelectronvolți și 10 petaelectronvolți.

Cercetătorii continuă să lucreze intens pentru a determina originea acestor neutrini. Originea neutrinului recent detectat și procesul de generare a acestuia sunt în prezent neclare, posibile surse ar putea fi găuri negre supermasive active sau explozii de supernove. Particulele încărcate, cum ar fi protonii, sunt deviate de câmpurile magnetice, ceea ce face dificilă identificarea originii lor. Prof. Dr. Anna Franckowiak, care conduce Grupul de lucru pentru astronomie cu mai multe lungimi de undă și cu mesaje multiple, speră să descopere o supernova în Calea Lactee care ar putea produce un număr mare de neutrini.

Îmbunătățirea metodelor de detectare

Pentru a îmbunătăți detectarea și analiza neutrinilor, echipa IceCube dezvoltă noi tehnologii. Ca parte a fazei preliminare Gen2 a actualizării IceCube, care este programată să fie finalizată până în 2024, sunt în curs de dezvoltare sisteme inteligente de citire pentru transmisia de date, precum și senzori optici noi, mai puternici. Acești senzori pot colecta de aproape trei ori mai multă lumină decât modelele actuale. Utilizarea senzorilor de 24 de pixeli în locul senzorilor cu un singur pixel și a schimbatoarelor de lungime de undă pentru a îmbunătăți transmisia luminii sunt progrese suplimentare așteptate.

Metodele de învățare automată sunt, de asemenea, folosite pentru a clasifica mai eficient evenimentele de neutrini. Aceste tehnologii permit filtrarea accelerată a datelor relevante din măsurători, permițând echipei să facă mai vizibile chiar și semnalele slabe. În 2023, semnalul neutrin al Căii Lactee a fost făcut vizibil, ceea ce reprezintă un pas semnificativ în cercetare.

Provocarea razelor cosmice

În ciuda succeselor sale, IceCube nu a descoperit în trecut o sursă de neutrini cu semnificația necesară. O sursă este considerată dovedită doar dacă probabilitatea unei origini cosmice este de 1:1,7 milioane (5 sigma). Până acum, un neutrin cu o probabilitate de 3 sigma a fost atribuit unui blazar, alți neutrini detectați în 2022 și 2023 au avut probabilități de 3,2 sigma și, respectiv, 4,2 sigma, care au fost asociate cu un nucleu galactic activ. Cu toate acestea, căutarea originii acestor particule rămâne o provocare centrală.

Combinația rezultatelor din diferite proiecte de cercetare, cum ar fi colaborarea menționată mai sus cu KM3NeT și metodele de detectare îmbunătățite, ar putea arunca lumină asupra comportamentului misterios al razelor cosmice în viitor. Cercetătorii sunt încrezători că evoluțiile ulterioare ale experimentului IceCube vor aduce o contribuție semnificativă la înțelegerea noastră a universului.