Szellemrészecskékre bukkanhattak az Antarktiszon: a feje tetejére állíthatja a világunkat

2020. június 29., hétfő

A neutrínók rejthetik az univerzum keletkezésének kulcsát. Cserébe - a kincskereső thrillerek kissé elcsépelt fogásaként - szinte lehetetlen őket fülön csípni, olyan kevéssé lépnek kölcsönhatásba az anyaggal. A "szinte" előtag azért szükséges, mert extrém és nagyon drágán összehozható körülmények között mégis van esély elkapni őket, de ahhoz a Déli-sarkig kell utazni.

Minden fizikai kísérlet alapja a kölcsönhatás. Csak akkor tudunk vizsgálni például egy részecskét, ha rábírjuk, hogy lépjen kölcsönhatásba más részecskékkel. Ha ez nem lehetséges, akkor még csak észlelni sem tudunk semmit. Ez a baj a neutrínókkal. Ennek az elemi részecskének nincs elektromos töltése (az olasz eredetű neve kis semlegest jelent), így az elektromágneses kölcsönhatás nem játszik nála, és nem igazán vesz részt egyéb reakciókban sem.

Emiatt úgy halad át gyakorlatilag mindenen, mint a kés a vajon, azzal a különbséggel, hogy itt a kés és a vaj részecskéi tudomást sem vesznek egymásról. A neutrínókat gyakorlatilag lehetetlen csapdába ejteni: ha építenénk egy tartályt, aminek egy fényév vastag tömör ólomból lennének a falai (kb 9 és fél ezer milliárd kilométer), azon a neutrínók fele simán átszáguldana.

Befuccsolt terv 5 kilométer mélyen

Szóval alapjáraton nem sok reménnyel kecsegtet a neutrínók vizsgálata. Vagy legalábbis így tűnt hosszú évtizedekig, amikor a hatékony neutrínódetektorok építésére tett újabb és újabb próbálkozások legfeljebb csak részleges sikerrel jártak. Testközelből tapasztalhatta ezt meg Peter Gorham, a Hawaii Egyetem fizikusa, aki szinte egész tudományos pályafutása során neutrínóra vadászott.

A hetvenes évektől kezdve hatalmas, egy köbkilométernyi vizet átfogó neutrínódetektort próbáltak építeni Hawaiitól néhány kilométerre, 5000 méter mélységben. Ez volt a Mélyvízi Müon és Neutrínó Detektorprojekt (DUMAND). Sajnos a projekt kudarcba fulladt, hiába igyekeztek a megvalósításán majdnem 20 évig, 1995-ben a technikai nehézségek miatt beszüntették a tervet, pedig még el sem készült a berendezés.

Gorham nem adta fel, és az utóbbi másfél évtizedben rendszeresen jár a Déli-sarkra, mert az új generációs neutrínódetektor-tervek központi eleme a jég. A fizikus az ezredforduló évében bizonyította egy részecskegyorsítóban végzett kísérlet segítségével, hogy lehetséges detektálni azokat a rádióhullámokat, amelyeket a kozmoszból érkező, és a jégen áthaladó neutrínók keltenek.

Korábban a vizet tartották a neutrínóérzékelés fő médiumának, de (ahogy a DUMAND projekt befuccsolása is mutatta) nem olyan egyszerű hatalmas fizikai kísérleti berendezéseket összerakni kilométerekkel az óceán felszíne alatt. Viszont a jég is vízből van, és ugyanilyen (vagy legalábbis hasonlóan) jó lehet a neutrínók lefülelésére.

Anita, Amanda és barátnőik

Itt lép a színre Anita, aki természetesen egy újabb betűszó (abból a fajtából, amit előbb találnak ki, mint a teljes elnevezést). Anita a jelenleg egyik legígéretesebb neutrínódetektáló projekt (Antarktiszi Impulzív Tranziens Antenna), amely ugyancsak Peter Gorham agyszüleménye, és 2003 óta fejlesztik a világ számos országából érkező fizikusok.

A neutrínók szinte tökéletes reakcióképtelensége nemcsak kínszenvedéssé teszi a detektálásukat, de egyúttal rendkívül értékessé is teszi őket. Minthogy nem reagálnak szinte semmivel útjuk során, sokkal messzebb eljutnak a galaxisban, egyenes vonalban. Amikor itt, a földön esetleg elkapjuk őket, akkor ők gyakorlatilag semmiben sem különböznek attól az állapotuktól, mint ahogyan akár évmilliárdokkal ezelőtt útnak indultak, a világ szó szerint értendő másik végéről.

Egyik neutrínódetektor sem közvetlenül próbálja érzékelni a neutrínókat, hanem azok másodlagos hatását (legtöbbször elektromágneses sugárzását) figyeli, miközben áthaladnak valamilyen közegen, általában vízen. A világ legnagyobb, alacsony energiájú neutrínókat figyelő obszervatóriuma egy felhagyott japán bánya mélyén üzemel, ez a Szuper Kamiokande Obszervatórium.

z összeomló csillagok alacsonyabb energiájú neutrínókat indítanak el, mint a galaxismagok. Így sikerült 2017-ben a 4 milliárd fényévnyire lévő galaxist azonosítani az egyik érzékelt kozmikus neutrínó forrásaként. Ennek meghatározásához 20 más obszervatórium mérési adatait használták fel, amelyek a legkülönbözőbb sugárzásokat mérték a beazonosított galaxisból.

Az IceCube utóda (IceCube Gen2), ha megépül, az eddigi sémát követve még sokkal nagyobb, még érzékenyebb, és az érzékelt részecskét irányát tekintve még nagyobb felbontású lesz. Ehhez még el kell nyerniük az amerikai Országos Tudományos Alapítvány (NSF) áldását, hiszen az osztja a pénzt. A következő 10 éves kutatási prioritásokat meghatározó tervet jövőre teszik közzé, és ez dönti majd el, hogy megkapja-e a második generációs Jégkocka a 300 millió dolláros árát.

OSZD MEG másokkal is!

Megtekintések száma: 22084

Ajánlom a Facebookon