در فوریه 2023، یک آشکارساز دریای عمیق شواهدی از یک رویداد کیهانی فاجعهبار را شناسایی کرد.
یک نوترینو با انرژی تخمینی 220 PeV - که 220 میلیون میلیارد الکترون ولت است - به آب دریا در نزدیکی آشکارساز برخورد کرد. این رویداد با نام KM3-230213A به عنوان "پرانرژیترین نوترینو" که تاکنون مشاهده شده، شناخته میشود.
محققان اظهار میدارند که کشف این نوترینوی فوقالعاده پرانرژی، اولین اثبات قطعی است که جهان نوترینوها را در این سطوح انرژی باورنکردنی تولید میکند.
این مشاهدات توسط آشکارساز تحقیقات اخترفیزیک با کیهان در اعماق (ARCA) تلسکوپ نوترینوی کیلومتر مکعبی (KM3NeT) واقع در کف دریای مدیترانه انجام شد.
آشکارساز ARCA در عمق 3450 متری زیر سطح قرار دارد - تقریباً 80 کیلومتری دور از ساحل پورتوپالو دی کاپو پاسرو، سیسیل.
پاسکال کویل، محقق CNRS Centre National de la Recherche Scientifique - Centre de Physique des Particules de Marseille، فرانسه، گفت: "این اولین تشخیص یک نوترینو با صدها PeV، فصل جدیدی را در نجوم نوترینو و یک پنجره رصدی جدید به جهان باز میکند."
تشخیص نوترینو گریزپا
نوترینوها ذرات گریزان هستند که سرنخهای حیاتی در مورد پرانرژیترین و رویدادهای خشونتآمیز جهان مانند ابرنواخترها، سیاهچالهها و انفجارهای پرتو گاما حمل میکنند.
این اجرام قدرتمند، ذرات را به چیزی که ما پرتوهای کیهانی مینامیم، شتاب میدهند. پرتوهای کیهانی میتوانند با ماده یا نور در نزدیکی منبع خود برخورد کنند و نوترینوها و فوتونها را ایجاد کنند.
با این حال، تشخیص این ذرات بسیار دشوار است زیرا به سختی با ماده تعامل دارند.
روزا کنیلیونه، محقق در INFN موسسه ملی فیزیک هستهای، ایتالیا، گفت: "نوترینوها یکی از مرموزترین ذرات بنیادی هستند. آنها بار الکتریکی ندارند، تقریباً جرمی ندارند و فقط به طور ضعیف با ماده تعامل میکنند. آنها پیامآوران کیهانی ویژهای هستند که اطلاعات منحصربهفردی را در مورد مکانیسمهای دخیل در پرانرژیترین پدیدهها به ما میآورند و به ما امکان میدهند دورترین نقاط جهان را کشف کنیم."
در این رویداد، آشکارساز KM3NeT یک میون عبوری منفرد را ثبت کرد. مسیر میون و انرژی عظیم آن قویاً نشان میدهد که از چنین تعامل نوترینو منشأ گرفته است. میون یک ذره زیراتمی شبیه به الکترون است، اما بسیار سنگینتر.
منبع آن همچنان یک راز است
KM3NeT، یک تلسکوپ نوترینو عظیم که در حال حاضر در دریای عمیق ساخته میشود، از دو آشکارساز ARCA و ORCA تشکیل خواهد شد. هنگامی که کامل شود، بیش از یک کیلومتر مکعب را در بر خواهد گرفت. اندازه عظیم آشکارساز بسیار مهم است، زیرا نوترینوها فقط به طور ضعیف با ماده تعامل دارند.
تلسکوپ نوترینوها را با گرفتن نور چرنکوف، یک درخشش مایل به آبی که هنگام تعامل ذرات با آب دریا تولید میشود، تشخیص میدهد.
آرت هیبوئر، محقق در موسسه ملی فیزیک زیراتمی نیکهف، هلند، گفت: "تعیین جهت و انرژی این نوترینو نیازمند کالیبراسیون دقیق تلسکوپ و الگوریتمهای پیچیده بازسازی مسیر بود."
هیبوئر در بیانیه مطبوعاتی افزود: "علاوه بر این، این تشخیص قابل توجه تنها با یک دهم پیکربندی نهایی آشکارساز به دست آمد که پتانسیل بالای آزمایش ما را برای مطالعه نوترینوها و نجوم نوترینو نشان میدهد."
این نوترینوی فوقالعاده پرانرژی میتواند مستقیماً از یک منبع کیهانی قدرتمند آمده باشد یا اولین تشخیص یک نوترینوی کیهانی (ایجاد شده توسط پرتوهای کیهانی که با پسزمینه مایکروویو کیهانی تعامل دارند) باشد.
با این حال، تنها با یک رویداد، دانستن آن با قطعیت غیرممکن است. دانشمندان امیدوارند نوترینوهای بیشتری از این دست را شناسایی کنند تا منشأ آنها را تعیین کنند.
این یافتهها در مجله Nature منتشر شده است.