Да разкрием тайните на събитията в космоса
Високоенергийните неутрино са изключително редки частици и са много трудни за откриване. Такива от космоса са били наблюдавани и преди, но тяхното съществуване е по прищявка на космически събития, като сблъсъци на неутронни звезди. Изучаването им ще хвърли светлина върху някои от най-зрелищните и редки космически явления.
Изследователи от лабораторията на CERN в Швейцария обявиха, че са наблюдавали и генерирали в лабораторията високоенергийна форма на радиация. Нарекли са я неутрино лъчение. Тяхното постижение е безпрецедентно и значително ще подобри разбирането на научната общност за някои от разрушителните събития в космоса.
Най-редките частици
В природата високоенергийните неутрино се създават само при изключителни обстоятелства. Те включват сблъскващи се неутронни звезди, изблици на гама лъчи и пулсари. Те се появяват и в силните магнитни полета, генерирани от черни дупки, когато поглъщат близки звезди. Такива космически събития са сред най-редките и зрелищни във Вселената.
Неутрино лъчение с по-ниска енергия се наблюдава повече от половин век. Нискоенергийните неутрино се излъчват от ядрени реакции. Такива протичат в Слънцето или ядрен реактор. Слънчевите и реакторните неутрино могат да имат по-малко от една милионна от енергията, пренасяна от високоенергийните, създадени в космоса.
Изкуствено създаване
Високоенергийни неутрино от космоса са били откривани и преди, но това се случва изключително рядко. В крайна сметка неутронните звезди не се сблъскват всеки ден. Изследователите, които искат да изследват неутрино с много висока енергия чакат, докато подобно събитие се случи някъде във Вселената.
Учените могат да генерират неутрино, използвайки лъчи от частици като тези в Fermilab. Лъчите на Fermilab са най-интензивните в света. Те са около 1000 пъти по-енергични от тези, създадени от Слънцето или в ядрени реактори. Въпреки това не достигат енергията, пренасяна от някои неутрино създадени в космоса.
Космическо търпение
За учените, които искат да изследват енергийни неутрино, не е удачно да чакат те да бъдат генерирани някъде в космоса. Би било много по-добре да се създаде неутрино с много висока енергия на Земята и след това да се насочи лъч от тези неутрино към чакащ детектор. И точно това са направили изследователите сега.
Създадено е оборудване, което може да идентифицира високоенергийни космически неутрино. За тази задача са необходими много големи детектори. Такъв е Super-Kamiokande в Япония, който представлява резервоар, съдържащ 50 000 тона свръхчиста вода. Друго подходящо място е обсерваторията IceCube Neutrino, която използва кубичен километър антарктически лед.
Детекторите трябва да са изключително големи, защото неутриното взаимодействат много слабо. Около 10 трилиона трилиона неутрино от слънцето преминават през резервоара на Super-Kamiokande всеки ден, но само тридесет от тях взаимодействат с детектора и могат да бъдат наблюдавани.
Адронен колайдер
Най-мощният ускорител на частици в света се нарича Големият адронен колайдер. Той се намира в лабораторията на CERN на френско-швейцарската граница. Колайдерът е построен, за да отблъсква много високоенергийни лъчи от протони с надеждата да създаде и след това да открие частица, наречена Хигс бозон. Тя е източникът на най-малките градивни елементи на материята. Откриването на Хигс бозона беше обявено на 4 юли 2012 г.
Детекторите подредени около ускорителя са проектирани да бъдат много гъвкави. През годините независими екипи го използват, за да направят много измервания на законите на природата при най-високите достъпни енергии. Откакто колайдерът започна да работи са публикувани повече от 3000 научни статии, използващи данните генерирани от ускорителя.
Високоенергийни открития
Група изследователи се възползват от безпрецедентната енергия на лъчите на съоръжението, за да проучат как да създават и откриват неутрино с много висока енергия. Тези учени изградиха това, което се нарича FASER или ForwArd Search ExpeRiment. Детекторът е поставен много близо до лъчите на LHC. На около 480 метра от място, където се сблъскват лъчи от протони.
На това място FASER може да види най-енергийните частици създадени при сблъсъците, което го прави идеален детектор за търсене на изключително високоенергийни неутрино. Учени от FASER обявиха, че са наблюдавали тези частици. Те са пренасяли до няколко хиляди пъти енергията на неутриното, генерирано с помощта на други ускорители.
Ново знание
Учените ще могат да използват данните, за да разберат по-добре високоенергийните неутрино от космоса. Това ново знание на свой ред ще помогне на астрономите да разберат много по-добре какво точно се случва, когато неутронните звезди се сблъскват. Работата ще хвърли светлина върху някои от най-зрелищните и редки космически явления.
Това е само началото. LHC ще продължи да работи още няколко десетилетия, включително планирано надграждане на скоростта, с която се сблъскват неговите лъчи. Изследователите ще продължат да разкриват поведението на неутрино с много висока енергия.
