Как опытный геймер и энтузиаст физики нейтрино, я в полном восторге от недавнего открытия нейтринной обсерваторией IceCube семи сильных кандидатов в тау-нейтрино. Этот прорыв является свидетельством неустанного поиска знаний в мире физики элементарных частиц.
Как зачарованный наблюдатель космоса, я хотел бы поделиться этим интригующим фактом: каждую секунду через мое тело проходит примерно триллион нейтрино. Эти неуловимые частицы, родившиеся во время Большого взрыва, повсеместно распространены во Вселенной. Несмотря на свою распространенность, они не представляют для нас угрозы. На самом деле, очень маловероятно, что кто-то вообще сможет взаимодействовать с атомом внутри меня при моей жизни.
Нейтрино, генерируемые такими объектами, как черные дыры, обычно обладают гораздо более высокими уровнями энергии, чем реликтовые нейтрино, циркулирующие в настоящее время в космосе. Хотя эти нейтрино высоких энергий встречаются реже, они более склонны к столкновениям и, как следствие, к обнаруживаемым признакам. Чтобы идентифицировать их, учёным, занимающимся нейтрино, пришлось создать обширные экспериментальные установки.
В новаторском исследовании, опубликованном в апреле 2024 года, мы с моей командой определили необычную группу высокоэнергетических астральных нейтрино, используя данные эксперимента IceCube. Известно, что эти неуловимые нейтрино маскируются под более распространенные типы нейтрино. Однако благодаря тщательному анализу информации, собранной почти за десятилетие, мы успешно распознали и извлекли эти редкие находки.
Как исследователю, исследующему происхождение частиц высокой энергии, таких как астрофизические нейтрино, их открытие приближает меня к расшифровке кода и пониманию сложных процессов, лежащих в основе их образования.
Обсерватория IceCube
Нейтринная обсерватория IceCube выделяется как доминирующий игрок среди крупномасштабных нейтринных экспериментов и может похвастаться примерно 5000 датчиками. Эти датчики уже более десяти лет тщательно наблюдают за массивной ледяной глыбой весом в один триллион фунтов, расположенной под Южным полюсом. При взаимодействии нейтрино и атома во льду возникает крошечная вспышка света — этот световой сигнал затем улавливается чувствительными датчиками для анализа.
IceCube идентифицировал нейтрино, происходящие из различных источников, включая атмосферу Земли, сердце Млечного Пути и далекие черные дыры, расположенные на многие световые годы за пределами нашей галактики.
Но тау-нейтрино, один из типов особенно энергичных нейтрино, до сих пор ускользал от IceCube.
Вкус нейтрино
Как ярый поклонник тонкостей субатомной физики, я был бы рад поделиться своим пониманием нейтрино и их отличительных «ароматов». Нейтрино, эти неуловимые субатомные частицы, проявляются в трёх различных формах, которые привлекают любопытство учёных. Каждый уникальный вкус несет в себе определенную подпись при взаимодействии с чувствительными детекторами, такими как IceCube.
Нейтрино обычно сталкиваются с другими частицами, что приводит к созданию соответствующей заряженной частицы, основанной на аромате нейтрино. Например, мюонное нейтрино порождает мюон, электронное нейтрино приводит к образованию электрона, а тау-нейтрино приводит к образованию тау-частицы.
В наших исследованиях совместно с IceCube мы отдавали приоритет обнаружению нейтрино, несущих мюонный аромат из-за их отличительной характеристики. Когда нейтрино такого типа сталкивается, оно производит мюон, который пересекает обширные массы льда, оставляя после себя длительный след наблюдаемого света, прежде чем в конечном итоге распадется. Этот трек служит бесценным руководством для определения источника нейтрино.
Затем команда исследовала электронные нейтрино, которые в результате своего взаимодействия порождают примерно сферическое свечение света. После столкновения с электронным нейтрино образовавшийся электрон не распадается и сталкивается с каждой частицей, с которой сталкивается во льду. Это взаимодействие создает расширяющуюся световую сферу, пока электрон в конечном итоге не останавливается.
Из-за сложной задачи определения направления электронных нейтрино невооруженным глазом физики IceCube применили передовые методы машинного обучения, чтобы проследить их потенциальное происхождение. За счет использования сложных вычислительных ресурсов и точной настройки миллионов параметров эти методы эффективно отличают сигналы нейтрино от любого распознаваемого фона.
Среди трех типов нейтрино неуловимое тау-нейтрино принимает различные формы. Один экземпляр может проявиться как луч света, а другой может принять форму светящегося шара. Тау-частица, образовавшаяся в результате столкновения, существует лишь бесконечно малое время, прежде чем распадется. При распаде он обычно образует сияющий шар.
Тау-нейтрино генерируют две вспышки света: одну в точке столкновения, где образуется тау-частица, и другую, когда тау-частица распадается. Обычно тау-частицы распадаются вскоре после своего создания, в результате чего две вспышки света сливаются в почти единое радиационное событие.
Как заядлый последователь физики, я бы сказал это так: при более высоких энергиях образующаяся тау-частица будет преодолевать расстояния до десятков метров, создавая два различных луча света. Однако, имея в своем распоряжении передовые методы машинного обучения, мы можем проникнуть сквозь эту визуальную сложность, чтобы точно идентифицировать и изолировать неуловимый феномен, который мы ищем.
Энергичные тау-нейтрино
Используя передовые вычислительные методы, наша команда определила семь многообещающих кандидатов на тау-нейтрино на основе данных за десятилетие. Эти нейтрино продемонстрировали энергию, превосходящую энергию, производимую самыми мощными земными ускорителями частиц, что предполагает внеземное происхождение, возможно, связанное с астрофизическими явлениями, такими как черные дыры.
Результаты этих данных подтверждают предыдущую идентификацию IceCube астрофизических нейтрино, а также подтверждают предположение об астрофизических тау-нейтрино, которые IceCube обнаружил ранее.
При самых больших энергиях и размерах нейтрино демонстрируют такое же поведение, как и на более низких энергетических уровнях.
В частности, идентификация астрофизических тау-нейтрино указывает на то, что нейтрино высоких энергий переходят между ароматами или подвергаются колебаниям, когда они происходят из отдаленных мест. Нейтрино с меньшими уровнями энергии и меньшими расстояниями перемещения демонстрируют аналогичное колебательное поведение.
Благодаря увеличению объема данных, собираемых с помощью таких экспериментов, как IceCube, и достижениям в различении типов нейтрино, исследователи в конечном итоге смогут сделать вывод о механизмах производства нейтрино, происходящих из черных дыр. Кроме того, мы стремимся выяснить, демонстрирует ли пространство между Землей и этими далекими источниками нейтрино зависящие от массы различия в способах обращения с частицами.
Проще говоря, хотя энергичных тау-нейтрино и связанных с ними мюонных и электронных аналогов меньше по сравнению с многочисленными нейтрино, образовавшимися во время Большого взрыва, существует достаточное количество этих неуловимых частиц, чтобы ученые могли исследовать самые интенсивные источники нейтрино во Вселенной и глубже погрузиться в бескрайние просторы космоса.
Смотрите также
- С днем рождения, Энн Хэтэуэй: 6 неизвестных фактов об актрисе «Дьявол носит Prada», когда ей исполняется 42 года
- Джон Стамос выразил поддержку Дэйву Кулиеру после того, как последнему поставили диагноз «рак»: «Через все это»
- Слухи – ТРЕЙЛЕР
- Trainspotting – стальная книга 4K UHD/BLU-RAY
- Бриджит Джонс без ума от мальчика – ТРЕЙЛЕР
- Этот неистовый носорог «Гладиатор II» и дрожжевые бабуины…
- «Разница в этом…»: «Дюна»: звезды «Пророчества» Оливия Уильямс и Эмили Уотсон о сходстве сериала HBO с «Игрой престолов»
- Любитель – ТРЕЙЛЕР
- Домоседы выбирают эти дешевые вещи, которые делают ваш дом намного лучше
- Xbox только что анонсировал новый портативный компьютер, но есть загвоздка
2024-05-01 15:18