Aby znaleźć energetyczne cząstki z kosmosu, nad lodem Antarktydy wzniesie się nowy detektor

Czasami pytanie jest tak duże, że odpowiedź na nie wymaga kontynentu.

Fizyka z University of Chicago, Abby Ferrig, prowadzi międzynarodowy eksperyment, w którym lód na Antarktydzie służy głównie jako gigantyczny detektor do znajdowania wysokoenergetycznych cząstek z kosmosu. NASA niedawno zatwierdziła projekt o wartości 20 milionów dolarów dotyczący budowy instrumentu do latania balonem nad biegunem południowym, który zostanie wystrzelony w grudniu 2024 roku.

„Poszukujemy najwyższych poziomów energii we wszechświecie” – powiedział Vieregg, profesor nadzwyczajny na wydziale fizyki. „Są wytwarzane w najbardziej energetycznych i ekstremalnych miejscach we wszechświecie, a te neutrina dają wyjątkowy wgląd w te miejsca. Znalezienie jednego lub więcej z nich może pozwolić nam nauczyć się zupełnie nowych rzeczy o wszechświecie”.

Międzynarodowa współpraca 12 instytucji zbuduje bezprzewodowy detektor przymocowany do balonu na dużej wysokości, który zostanie wystrzelony przez NASA i będzie podróżował nad Antarktydą na wysokości 120 000 stóp w poszukiwaniu sygnałów z neutrin. Projekt pilotażowy nosi nazwę PUEO, co oznacza Payload for Ultrahigh Energy Observations. (Działa swoją nazwę z jedyną żywą sową, która mieszka na Hawajach, gdzie narodził się poprzedni eksperyment PUEO.)

Niezły sposób na spojrzenie na wszechświat

Neutrina są często nazywane cząsteczkami „duchów”, ponieważ rzadko wchodzą w interakcje z materią. W każdej sekundzie biliony ciał przechodzą bez szwanku.

Ponieważ mogą podróżować na duże odległości bez zniekształceń ani odchyleń, neutrina mogą służyć jako unikalne wskazówki dotyczące tego, co dzieje się w innych miejscach we wszechświecie — w tym w zderzeniach kosmicznych oraz galaktykach i czarnych dziurach, w których powstały.

„Neutrina to świetny sposób na spojrzenie na wszechświat, ponieważ poruszają się w przestrzeni kosmicznej bez przeszkód” – powiedział Verig. „Mogą pochodzić z bardzo daleka i nie spieszą się przez całą drogę, więc wskazują, skąd pochodzą”.

Naukowcy wykryli sporo takich neutrin pochodzących z kosmosu do ziemskiej atmosfery. Uważają jednak, że istnieje więcej neutrin niosących niezwykle wysokie energie – kilka rzędów wielkości wyższych nawet niż cząstki przyspieszone w Wielkim Zderzaczu Hadronów w Europie – i nie zostały jeszcze odkryte. Te neutrina mogą nam powiedzieć o najbardziej ekstremalnych zdarzeniach we wszechświecie.

To jest, jeśli Możesz je złapać.

Neutrina te rzadko wchodzą w interakcje z innymi formami materii, więc Verge musiał zbudować masywny detektor wielkości stanu, aby je uchwycić. Albo może wykorzystać ten, który już istnieje: pokrywa lodowa nad Antarktydą.

„Pokrywa lodowa jest idealna – jednorodna, gęsta, radioaktywna półprzezroczysta masa, która obejmuje miliony kilometrów kwadratowych” – powiedział Ferrig. „To tak, jakbyśmy to zaprojektowali”.

Jeśli jedno z tych wysokoenergetycznych neutrin dotrze do Ziemi, istnieje szansa, że ​​zderzy się z jednym z atomów wewnątrz antarktycznej pokrywy lodowej. Ta kolizja wytwarza fale radiowe, które przechodzą przez lód. Ten sygnał radiowy wykryje PUEO, gdy unosi się nad Antarktydą.

Aby to zrobić, potrzebuje bardzo, bardzo specjalnego sprzętu.

następne pokolenie

PUEO to kolejna generacja misji ANITA, wywodzącej się z Uniwersytetu Hawajskiego, która w latach 2006-2016 czterokrotnie przeleciała nad biegunem południowym na pokładzie balonów NASA w poszukiwaniu podobnych neutrin. Jednak PUEO będzie miał potężniejszy detektor.

Nowy detektor wykorzystuje moc starej sztuczki astronomicznej — techniki zwanej interferometrią, która łączy sygnały z wielu teleskopów. PUEO jest wszędzie wysadzany antenami radiowymi, a centralny system gromadzenia danych połączy i przeanalizuje te sygnały, aby uzyskać silniejszy sygnał.