IceCube ตรวจพบนิวตริโนพลังงานสูงจากทางช้างเผือก – Physics World

IceCube ตรวจพบนิวตริโนพลังงานสูงจากทางช้างเผือก – Physics World

ประทับเวลา: 4 กรกฎาคม 2023 9:29 น

ทางช้างเผือกในนิวตริโน
วิสัยทัศน์เกี่ยวกับจักรวาล: ความประทับใจของศิลปินเกี่ยวกับทางช้างเผือกที่มองผ่านนิวทริโน (เอื้อเฟื้อโดย: IceCube Collaboration/US National Science Foundation (Lily Le & Shawn Johnson)/ESO (S. Brunier))

พบนิวตริโนพลังงานสูงที่โผล่ออกมาจากดาราจักรทางช้างเผือกเป็นครั้งแรก นั่นเป็นไปตามการค้นพบใหม่จาก หอดูดาว IceCube Neutrino ที่สถานีขั้วโลกใต้อะมุนด์เซน–สกอตต์ที่เปิดเส้นทางใหม่ของดาราศาสตร์หลายผู้ส่งสารโดยการสังเกตกาแลคซีทางช้างเผือกในอนุภาคแทนที่จะเป็นแสง

นิวตริโนเป็นอนุภาคพื้นฐานที่มีมวลน้อยมากและแทบจะไม่มีปฏิกิริยากับสสารอื่นเลย แต่พวกมันเติมเต็มจักรวาลด้วยล้านล้านที่ไหลผ่านร่างกายของคุณอย่างไม่เป็นอันตรายทุก ๆ วินาที

ก่อนหน้านี้ นิวตริโนที่มีพลังมากกว่านิวตริโนที่เกิดจากปฏิกิริยาฟิวชันภายในดวงอาทิตย์ของเราหลายพันล้านเท่านั้นถูกตรวจพบว่ามาจากแหล่งนอกกาแลคซี เช่น ควาซาร์ อย่างไรก็ตาม ทฤษฎีคาดการณ์ว่านิวทริโนพลังงานสูงควรถูกสร้างขึ้นภายในทางช้างเผือกด้วย

เมื่อนักดาราศาสตร์มองดูระนาบของกาแลคซีของเรา พวกเขาเห็นทางช้างเผือกสว่างไสวด้วยการปล่อยรังสีแกมมาซึ่งเกิดขึ้นเมื่อรังสีคอสมิกที่สนามแม่เหล็กของกาแลคซีของเรากักขังชนกับอะตอมในอวกาศระหว่างดวงดาว การชนกันเหล่านี้ควรทำให้เกิดนิวตริโนพลังงานสูงด้วย

ในที่สุดนักวิจัยก็พบหลักฐานที่น่าเชื่อถือสำหรับนิวตริโนเหล่านี้โดยใช้เทคนิคการเรียนรู้ด้วยเครื่องจักรเพื่อกรองข้อมูลจากหอสังเกตการณ์นิวตริโน IceCube ซึ่งรวมถึงเหตุการณ์นิวตริโนประมาณ 60 เหตุการณ์ “[เช่นเดียวกับรังสีแกมมา] นิวตริโนที่เราสังเกตเห็นนั้นกระจายไปทั่วระนาบกาแลคซี” กล่าว ฟรานซิส ฮัลเซ่น ของมหาวิทยาลัยวิสคอนซิน-แมดิสัน ซึ่งเป็นผู้สืบสวนหลักของ IceCube

เหตุการณ์น้ำตก

เครื่องตรวจจับ IceCube ถูกสร้างขึ้นจากน้ำแข็งความยาวหนึ่งลูกบาศก์กิโลเมตรฝังอยู่ใต้ขั้วโลกใต้และพันไว้ด้วยเซ็นเซอร์ออปติคัล 5160 ตัวที่คอยจับตาดูการกะพริบของแสงที่มองเห็นได้ในบางโอกาสที่นิวตริโนมีปฏิกิริยากับโมเลกุลของน้ำแข็ง เมื่อเหตุการณ์นิวตริโนเกิดขึ้น นิวตริโนจะออกจากเส้นทางที่ยาวหรือ "เหตุการณ์แบบเรียงซ้อน" โดยที่พลังงานของนิวตริโนจะกระจุกตัวอยู่ในปริมาตรทรงกลมขนาดเล็กภายในน้ำแข็ง

เมื่อรังสีคอสมิกมีปฏิกิริยากับสสารในตัวกลางระหว่างดวงดาว รังสีคอสมิกจะผลิตไพออนอายุสั้นซึ่งจะสลายตัวอย่างรวดเร็ว “ไพออนที่มีประจุจะสลายตัวไปเป็นนิวทริโนที่ตรวจพบโดย IceCube และไพออนที่เป็นกลางจะสลายตัวเป็นรังสีแกมมาสองดวงที่สังเกตการณ์โดย Fermi (กล้องโทรทรรศน์อวกาศรังสีแกมมา) ของ [NASA]” Halzen กล่าว โลกฟิสิกส์.

ก่อนหน้านี้นิวตริโนตรวจไม่พบเนื่องจากพวกมันถูกจมหายไปโดยสัญญาณพื้นหลังของนิวตริโนและมิวออนที่เกิดจากปฏิกิริยาระหว่างรังสีคอสมิกใกล้บ้านมากในชั้นบรรยากาศของโลก

พื้นหลังนี้จะทิ้งร่องรอยที่เข้าไปในเครื่องตรวจจับ ในขณะที่นิวทริโนพลังงานสูงจากทางช้างเผือกมีแนวโน้มที่จะก่อให้เกิดเหตุการณ์แบบเรียงซ้อน อัลกอริธึมแมชชีนเลิร์นนิงที่พัฒนาขึ้นโดยนักวิทยาศาสตร์ IceCube จากมหาวิทยาลัย TU Dortmund ในเยอรมนีสามารถเลือกได้เฉพาะเหตุการณ์แบบเรียงซ้อน ซึ่งขจัดสัญญาณรบกวนในท้องถิ่นได้มาก และช่วยให้สัญญาณจากทางช้างเผือกโดดเด่น

แม้ว่าจะยากกว่าในการรับข้อมูลเกี่ยวกับทิศทางที่นิวตริโนมาจากในเหตุการณ์แบบเรียงซ้อน Halzen กล่าวว่าเหตุการณ์แบบเรียงซ้อนสามารถสร้างขึ้นใหม่ได้ด้วยความแม่นยำ "XNUMX องศา" แม้ว่าสิ่งนี้จะขัดขวางการระบุแหล่งที่มาของนิวตริโนในทางช้างเผือกโดยเฉพาะ แต่ Halzen กล่าวว่าการสังเกตรูปแบบการแผ่รังสีจากกาแลคซีก็เพียงพอแล้วและจับคู่กับรังสีแกมมาที่สังเกตได้จากกล้องโทรทรรศน์อวกาศแฟร์มี

ขั้นตอนต่อไปสำหรับทีมคือการพยายามระบุแหล่งที่มาของนิวตริโนในทางช้างเผือก สิ่งนี้อาจเป็นไปได้ด้วยชื่อ IceCube ที่ปรับปรุงใหม่ Gen2ซึ่งจะเพิ่มขนาดของพื้นที่เครื่องตรวจจับเป็น 2032 ลูกบาศก์กิโลเมตร เมื่อเปิดใช้งานเต็มรูปแบบภายในปี XNUMX

ผลการวิจัยเผยแพร่ใน วิทยาศาสตร์.

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก โลกฟิสิกส์

ความกังวลเกี่ยวกับบอฟฟิน สปาเรดอนในเทือกเขาแอลป์ เครื่องแต่งกายฮาโลวีนที่ได้รับแรงบันดาลใจจากคอลไลเดอร์ – Physics World

คลัสเตอร์ต้นทาง:
โหนดต้นทาง: 1906446
ประทับเวลา: ตุลาคม 27, 2023