Νετρίνο

[Δροσος Γεωργιος]

Νετρίνα από έναν κοντινό γαλαξία αποκαλύπτουν τα μυστικά των μαύρων τρυπών.

Το παρατηρητήριο IceCube ανίχνευσε για πρώτη φορά νετρίνα από έναν ενεργό γαλαξία

Ο σπειροειδής γαλαξίας Messier 77, γνωστός και ως NGC 1068, όπως φωτογραφήθηκε από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble

Στον ζωολογικό κήπο των υποατομικών σωματιδίων, τα νετρίνα είναι περίεργα θηρία. Σε αντίθεση με τα πιο γνωστά σωματίδια όπως τα ηλεκτρόνια και τα πρωτόνια, τα απόκοσμα νετρίνα μόλις και μετά βίας αλληλεπιδρούν με την κανονική ύλη: μπορούν για παράδειγμα να διασχίσουν έναν ολόκληρο πλανήτη χωρίς καμία αλληλεπίδραση. Αυτό κάνει ενοχλητικά δύσκολη την ανίχνευση των νετρίνων που φτανουν στην Γη από μακρινά αστρονομικά αντικείμενα του σύμπαντος, και πολύ πιο δυσκολότερο τον προσδιορισμό της πηγής προέλευσής τους. Παρ’ όλες αυτές τις δυσκολίες, σε μια πρόσφατη έρευνα που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Science,

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abg3395

αναφέρεται ο εντοπισμός μιας εξωγαλαξιακής πηγής νετρίνων.Για πρώτη φορά, οι αστρονόμοι εντόπισαν νετρίνα από τον NGC 1068 (ή Messier 77 ή M77), έναν γαλαξία με μια τεράστια μαύρη τρύπα στο κέντρο του. Τα νετρίνα δημιουργούνται πάνω από το «σημείο χωρίς επιστροφή» της μαύρης τρύπας – τον ορίζοντα γεγονότων της – αν και δεν είναι ξεκάθαρο με ποιον μηχανισμό προκύπτουν. Οι επιστήμονες ελπίζουν ότι αυτή η ανακάλυψη θα αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο κατανοούν όχι μόνο τον γαλαξία NGC 1068 αλλά και παρόμοιους με αυτόν γαλαξίες. Όμως το σημαντικό είναι η ανακάλυψη μιας αμυδρής αλλά εντοπισμένης πηγής των νετρίνων, δεδομένου ότι αυτά τα σωματίδια βομβαρδίζουν ακατάπαυστα από όλες τις κατευθύνσεις την Γη.Το υλικό που πέφτει προς μια μαύρη τρύπα σχηματίζει πρώτα έναν πεπλατυσμένο δίσκο προσαύξησης που περιστρέφεται γύρω από αυτήν. Η τριβή θερμαίνει αυτόν τον δίσκο ύλης σε τεράστιες θερμοκρασίες, με αποτέλεσμα να ακτινοβολεί τόσο έντονα που ξεπερνά σε λάμψη ολόκληρο τον γαλαξία-ξενιστή της μαύρης τρύπας. Αυτοί οι γαλαξίες ονομάζονται «ενεργοί γαλαξίες» και είναι από τα πιο φωτεινά αντικείμενα του σύμπαντος.Στην περίπτωση του γαλαξία NGC 1068, η ανίχνευση του ορατού φωτός είναι δύσκολη, γιατί απορροφάται σχεδόν από τα πυκνά νέφη της αδιαφανούς κοσμικής σκόνης. Όμως τα νετρίνα μπορούν να διασχίσουν ανεπηρέαστα τα νέφη σκόνης και να φτάσουν τελικά στη Γη.
Πώς όμως ανιχνεύονται τα νετρίνα όταν αυτά διασχίζουν αλώβητα την ύλη, επομένως και τους ανιχνευτές; Τα καλά νέα είναι ότι, και για τα νετρίνα, η ύλη είναι δεν είναι εντελώς διαφανής. Σε κάποιες εξαιρετικά σπάνιες περιπτώσεις, μερικά από αυτά καταφέρνουν να αλληλεπιδράσουν με την ύλη – αλλά απαιτείται ένας πολύ ειδικός τύπος παρατηρητηρίου για να εντοπιστούνΤο Παρατηρητήριο Νετρίνων IceCube που βρίσκεται ‘θαμμένο’ κάτω από τον πάγο του Νότιου Πόλου της Γης, είναι ένας τέτοιος ανιχνευτής.Όταν ένα νετρίνο διασχίζει τον πάγο, έχει κάποιες μικρές πιθανότητες να αλληλεπιδράσει με τον πυρήνα ενός από τα άτομα οξυγόνου ή υδρογόνου του πάγου. Μια τέτοια σκέδαση είναι εξαιρετικά σπάνια: τρισεκατομμύρια νετρίνων περνούν από κάθε κυβικό εκατοστό ύλης στη Γη κάθε δευτερόλεπτο, αλλά τέτοιες μετρήσιμες αλληλεπιδράσεις συμβαίνουν ελάχιστες ανά εβδομάδα.
Όμως όταν συμβαίνουν, δημιουργούνται υποατομικά θραύσματα υψηλής ταχύτητας, σωματίδια που απομακρύνονται από το σημείο της πυρηνικής σύγκρουσης με ταχύτητα λίγο μικρότερη από την ταχύτητα του φωτός. Αυτά στη συνέχεια κινούνται μέσα από τον πάγο. Κι εδώ είναι το διασκεδαστικό μέρος: στην πραγματικότητα ταξιδεύουν ατον πάγο με ταχύτητα μεγαλύτερη του φωτός.

Καλλιτεχνική αναπαράσταση μιας κοσμικής πηγής νετρίνων που λάμπει πάνω από το παρατηρητήριο IceCube στον νότιο πόλο. Κάτω από τον πάγο οι φωτοανιχνευτές συλλαμβάνουν τα σήματα των νετρίνων.

Ωστόσο, κανένας νόμος της φυσικής δεν παραβιάζεται. Η ταχύτητα του φωτός στο κενό είναι το απόλυτο όριο κοσμικής ταχύτητας, αλλά η ταχύτητα του φωτός είναι μικρότερη όταν ταξιδεύει μέσα στην ύλη. Τα σωματίδια δεν μπορούν να κινηθούν ταχύτερα από το φως στο κενό, αλλά μπορούν να ταξιδέψουν ταχύτερα από το φως μέσα στην ύλη. Όταν το κάνουν, δημιουργούν το φωτονικό ανάλογο του ωστικού κύματος που δημιουργείται όταν σπάει το φράγμα της ταχύτητας διάδοσης του ήχου στον αέρα. Αυτά τα πιο γρήγορα από το φως γεγονότα εκδηλώνονται ως φωτεινές γαλαζωπές λάμψεις φωτός που ονομάζονται ακτινοβολία Cherenkov. H συστοιχία των 5000 απλών οπτικών αισθητήρων του παρατηρητηρίου Ice Cube, μπορεί να ανιχνεύσει την θέση και τις χρονικές στιγμές των μπλε λάμψεων φωτός.Αυτή η τεχνική επιτρέπει στους επιστήμονες να ανιχνεύουν γεγονότα κοσμικών νετρίνων, αν και υπάρχει πρόβλημα με ανεπιθύμητα συμβάντα που μιμούνται τα αληθινά σήματα. Οι κοσμικές ακτίνες, υποατομικά σωματίδια που προέρχονται από διάφορες αστρονομικές πηγές, μπορούν να χτυπήσουν την ατμόσφαιρα και να δημιουργήσουν παρόμοιες λάμψεις φωτός, μπερδεύοντας τις μετρήσεις. Ωστόσο, οι επιστήμονες μπορούν να διαφοροποιήσουν τα δύο είδη σημάτων με έναν έξυπνο τρόπο: χρησιμοποιούν την ίδια τη Γη ως ένα τεράστιο φίλτρο. Τα νετρίνα που προέρχονται από το διάστημα θα προέρχονται από κάθε κατεύθυνση, και διαμέσου Γης. Όμως οι κοσμικές ακτίνες θα έρθουν μόνο από τον ουρανό πάνω από το παρατηρητήριο της Ανταρκτικής. Οι ανιχνευτές στο IceCube μπορούν να καθορίσουν την κατεύθυνση και να φιλτράρουν τα γεγονότα που έρχονται από ψηλά, έτσι ώστε οι επιστήμονες να ξεχωρίζουν τα σήματα από τα κοσμικά νετρίνα.Το IceCube έχει ανιχνεύσει εκατομμύρια τέτοια συμβάντα από νετρίνα, πολλά από τα οποία φαίνεται να προέρχονται από πηγές ομοιόμορφα διασπαρμένες στον ουρανό. Κάπου εκεί έξω στο σύμπαν υπάρχει τεράστιο πλήθος πηγών νετρίνων. Το ερώτημα είναι: ποιά είναι η φύση τους;Εξετάζοντας τα δεδομένα που λήφθησαν από το 2011 έως το 2020 από το IceCube – ένα πλήθος επιστημόνων, μηχανικών, αναλυτών δεδομένων κλπ- επεξεργάστηκε πολύ προσεκτικά κάθε γεγονός που εντόπισε. Χρησιμοποιώντας τις κατευθυντικές πληροφορίες από τις λάμψεις για να εντοπίσουν τις τροχιές των εισερχόμενων κοσμικών νετρίνων, βρήκαν διάφορα σημεία στον ουρανό που φαινόταν να είναι στατιστικά σημαντικές πηγές νετρίνων.Ποιά ήταν η ανίχνευση με τον μεγαλύτερο αριθμό νετρίνων; Συνολικά 79 (συν ή πλην 20 περίπου) νετρίνα κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου προέρχονταν από την κατεύθυνση του NGC 1068.Αυτός ο σπειροειδής γαλαξίας βρίσκεται σχετικά κοντά, μόλις 47 εκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη, και είναι αρκετά φωτεινός ώστε να μπορεί να εντοπιστεί με κιάλια. Παλαιότερες εργασίες που αναλύουν τα νετρίνα του IceCube υποδεικνύουν τον NGC 1068 ως πιθανή πηγή νετρίνων, αλλά τα δεδομένα δεν ήταν αρκετά για να υποστηρίξουν μια ανακάλυψη. Τα νέα αποτελέσματα μπορούν να το κάνουν.

(Ο νυχτερινός ουρανός στις 25/12/22 – 9:15 μμ) Αν αυτές τις μέρες κοιτάξετε νότια στον νυχτερινό ουρανό, εφόσον διαθέτετε κιάλια ή ένα μικρό τηλεσκόπιο, μάλλον δεν θα δείτε το άστρο των χριστουγέννων. Θα δείτε όμως ανάμεσα στον Άρη και τον Δία στην περιοχή που υποδεικνύουν οι τέσσερις παύλες στην εικόνα, τον σπειροειδή γαλαξία NGC 1068 (Messier 77 ή M77).

Η ανίχνευση των νετρίνων που φαινομενικά προέρχονται από αυτόν τον ενεργό γαλαξία είναι πολύ σημαντική. Τα νετρίνα που είδαν οι αστρονόμοι έχουν εκπληκτικά υψηλή ενέργεια, πάνω από ένα τερα-ηλεκτρονιοβολτ (ΤeV) το καθένα. Αυτή είναι τρισεκατομμύρια φορές η ενέργεια των φωτονίων του ορατού φωτός που βλέπουμε να προέρχονται από τον γαλαξία. Η τεράστια ενέργεια των σωματιδίων θα μπορούσε να δημιουργηθεί σε έναν εξαιρετικά ισχυρό επιταχυντή κοσμικών σωματιδίων και το περιβάλλον μιας τεράστιας μαύρης τρύπας μπορεί να παίξει αυτόν το ρόλο.Για παράδειγμα, το τυρβώδες ιονισμένο πλάσμα της ύλης πάνω και κάτω από το δίσκο του υλικού γύρω από τη μαύρη τρύπα είναι υπερβολικά θερμό και περιέχει ισχυρά ηλεκτρομαγνητικά πεδία που μπορούν να δώσουν τεράστιες ενέργειες σε σωματίδια, επιταχύνοντάς τα σχεδόν μέχρι την ταχύτητα φωτός. Ένας άλλος τρόπος επιτάχυνσης σωματιδίων περιλαμβάνει το μαγνητικό πεδίο στον δίσκο προσαύξησης που συστρέφεται κοντά στη μαύρη τρύπα, δημιουργώντας δίδυμους πίδακες, που μπορούν επίσης να εκτοξεύσουν σωματίδια με υψηλές ταχύτητες. Τα κρουστικά κύματα που δημιουργούνται στους πίδακες καθώς τα φορτισμένα σωματίδια συγκρούονται μεταξύ τους μπορούν επίσης να δημιουργήσουν τις συνθήκες που απαιτούνται για τον σχηματισμό νετρίνων υψηλής ενέργειας. Τέτοιοι πίδακες είναι γνωστό ότι υπάρχουν στον NGC 1068.Η ανίχνευση αυτών των νετρίνων από τον NGC 1068 θα δώσει στους αστρονόμους μια εικόνα για τις διαδικασίες και τους μηχανισμούς που τα δημιουργούν. Πρόκειται για επιπλέον γνώσεις, δεδομένης της μυστηριώδους φύσης των μαύρων τρυπών. Και παρότι μόνο μερικές δεκάδες νετρίνα από τον γαλαξία NGC 1068 εντοπίστηκαν στη Γη, οι αστρονόμοι μπορούν να υπολογίσουν τον συνολικό αριθμό των νετρίνων που παράγονται στο περιβάλλον της μαύρης τρύπας, ο οποίος τόσο μεγάλος ώστε να μεταφέρουν 10 δισεκατομμύρια φορές περισσότερη ενέργεια από αυτή που εκπέμπει ο ήλιος.Αυτές οι παρατηρήσεις παρέχουν επίσης μια σημαντική ερμηνεία για ένα άλλο μυστήριο. Τα νετρίνα φτάνουν στη Γη από όλες τις κατευθύνσεις, δημιουργώντας μια ακτινοβολία υποβάθρου νετρίνων από το διάστημα. Οι πηγές αυτής της ακτινοβολίας ήταν δύσκολο να εντοπιστούν. Όμως, εντοπίστηκαν νετρίνα και από αρκετούς άλλους ενεργούς γαλαξίες στα δεδομένα του IceCube (αν και με λιγότερη στατιστική ακρίβεια από εκείνα του NGC 1068). Υπάρχουν πολλά εκατομμύρια τέτοιων γαλαξιών κατανεμημένων σε όλο το σύμπαν. Τα νέα δεδομένα δείχνουν ότι, αν αυτοί οι πιο μακρινοί γαλαξίες εκπέμπουν νετρίνα όπως ο NGC 1068, τότε θα μπορούσαν να είναι η πηγή του κοσμικού υποβάθρου των νετρίνων. Πρόκειται για ένα φαινόμενο ανάλογο με το φως των μεμονωμένων άστρων του Γαλαξία μας, που φαίνεται στον νυχτερινό ουρανό (μακριά από την φωτορύπανση των πόλεων) ως μια συνεχής ζώνη αμυδρού φωτός.Δεν πέρασε πολύς καιρός από τότε που γνωρίζαμε μόνο δύο αστρονομικές πηγές νετρίνων: τον ήλιο, όπου τα νετρίνα δημιουργούνται από τις πυρηνικές αντιδράσεις στον πυρήνα του, και το σουπερνόβα 1987A που προέκυψε από την έκρηξη ενός σχετικά κοντινού άστρο και δυο ώρες πριν την (οπτική) έναρξη του φαινομένου οι ανιχνευτές νετρίνων κατέγραψαν μια σύντομης διάρκειας αυξημένη διέλευση νετρίνων από τη Γη.Κάθε μεγάλος γαλαξίας στο σύμπαν διαθέτει μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα στον πυρήνα του και οποιοσδήποτε απ’ αυτούς μπορεί ενδεχομένως να είναι ενεργός. Όμως, αν και είναι πανταχού παρόντες, ίσως να είναι δύσκολο να παρατηρηθούν. Η τωρινή επιτυχής ανίχνευση των νετρίνων από έναν τέτοιον γαλαξία, ανοίγει ένα νέο παράθυρο για την μελέτη των τεράστιων μαύρων τρυπών που διαθέτουν στο κέντρο τους παρόμοιοι γαλαξίες. Κι αυτό σηματοδοτεί μια νέα εποχή για την αστρονομία νετρίνων.

https://physicsgg.me/2022/12/25/νετρίνα-από-έναν-κοντινό-γαλαξία-αποκ/

[Δροσος Γεωργιος]

Δεν επιβεβαιώθηκε η ύπαρξη του «στείρου» νετρίνου.

… για άλλη μια φορά

Σε αντίθεση με τα τα ηλεκτρόνια, τα πρωτόνια και τα νετρόνια, τα απόκοσμα νετρίνα μόλις και μετά βίας αλληλεπιδρούν με την κανονική ύλη: μπορούν για παράδειγμα να διασχίσουν ολόκληρη τη Γη χωρίς καμία αλληλεπίδραση

Η διάταξη του πειράματος STEREO (Search for Sterile Reactor Neutrino Oscillations)

Τα νετρίνα εμφανίζονται σε τρεις διαφορετικούς τύπους (ή γεύσεις) – το νετρίνο του ηλεκτρονίου, το νετρίνο του μιονίου και το νετρίνο του σωματιδίου ταυ. Μπορούν να «ταλαντώνονται» μεταξύ αυτών των γεύσεων, μεταπίπτοντας από τον έναν τύπο νετρίνου σε άλλον καθώς ταξιδεύουν. Δεν είναι γνωστή η ακριβής τιμή της μάζας τους, η οποία είναι μεν πολύ μικρή, αλλά διάφορη του μηδενός. Από τα πειράματα σχετικά με τις ταλαντώσεις παίρνουμε πληροφορίες για την διαφορά των τετραγώνων των μαζών των νετρίνων, ενώ από κοσμολογικές εκτιμήσεις προκύπτει το άθροισμα των μαζών και των τριών νετρίνων.Η πιθανότητα ύπαρξης και ενός τέταρτου νετρίνου, του επονομαζόμενου στείρου (sterile) προέκυψε από κάποιες παρατηρήσεις πειράματων οι οποίες έδειχναν πως τα αντινετρίνα του μιονίου μετατρέπονταν σε αντινετρίνα του ηλεκτρονίου σε μικρότερες αποστάσεις από τις αναμενόμενες για ταλαντώσεις νετρίνων των τριών γνωστών γεύσεων.Ενώ τα τρία γνωστά νετρίνα αλληλεπιδρούν έστω και πολύ σπάνια με την ύλη, τα υποθετικά στείρα νετρίνα δεν αλληλεπιδρούν καθόλου και γι αυτό ονομάστηκαν στείρα. Η ανίχνευση ενός στείρου νετρίνου θα ήταν σημαντικότερη ανακάλυψη και από την ανίχνευση του μποζονίου Higgs, διότι σε αντίθεση με τα γνωστά νετρίνα και το μποζόνιο Higgs, δεν προβλέπεται από το Καθιερωμένο Πρότυπο της σωματιδιακής Φυσικής. Όμως η γενικότερη αίσθηση ήταν ότι οι πιθανότητες ύπαρξης ενός τέτοιου νετρίνου ήταν μικρές.Μια ανωμαλία στις μετρήσεις ενός πυρηνικού αντιδραστήρα ήταν τόσο αινιγματική που οι φυσικοί ήλπιζαν ότι θα έριχνε φως στη σκοτεινή ύλη, ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια του σύμπαντος. Ωστόσο, νέα έρευνα απέκλεισε οριστικά ότι αυτή η παράξενη μέτρηση σηματοδοτούσε την ύπαρξη ενός «στείρου νετρίνο», ενός υποθετικού σωματιδίου που για πολύ καιρό διέφευγε των επιστημόνων.Προηγούμενες μετρήσεις σε πυρηνικούς αντιδραστήρες είχαν ανιχνεύσει λιγότερα νετρίνα από την ποσότητα που είχαν προβλέψει τα θεωρητικά μοντέλα, ένα φαινόμενο που ονομάστηκε «ανωμαλία αντινετρίνων ατιδραστήρων».Οι επιστήμονες πρότειναν ότι τα νετρίνα που έλειπαν είχαν μετατραπεί σε στείρα, προσφέροντας μια σπάνια ευκαιρία να αποδειχθεί η ύπαρξή τους. Για να το διαπιστώσει, η ομάδα εγκατέστησε έναν ειδικό ανιχνευτή λίγα μέτρα μακριά από έναν πυρηνικό αντιδραστήρα που χρησιμοποιείται για έρευνα στο ινστιτούτο Laue-Langevin στη Γκρενόμπλ της Γαλλίας.Μετά από τέσσερα χρόνια παρατήρησης περισσότερων από 100.000 νετρίνων και δύο χρόνια ανάλυσης των δεδομένων, οι ερευνητές δημοσίευσαν τα ευρήματά τους στο περιοδικό «Nature».

https://www.nature.com/articles/s41586-022-05568-2

«Η ανωμαλία δεν μπορεί να εξηγηθεί από στείρα νετρίνα», δήλωσε ο Λουιλιέ. «Αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι δεν υπάρχουν στο σύμπαν», πρόσθεσε.Το πείραμα διαπίστωσε ότι οι προηγούμενες προβλέψεις για την ποσότητα των νετρίνων που παράγονται ήταν λανθασμένες. Ωστόσο, οι επιστήμονες απέκτησαν μια πολύ πιο σαφή εικόνα των νετρίνων που εκπέμπονται από πυρηνικούς αντιδραστήρες. Αυτό θα μπορούσε να βοηθήσει όχι μόνο στη μελλοντική έρευνα, αλλά και στην παρακολούθηση των πυρηνικών αντιδραστήρων.Εν τω μεταξύ, η έρευνα συνεχίζεται επειδή τα στείρα νετρίνα έχουν θεωρηθεί υποψήφια σωματίδια για τη σκοτεινή ύλη, η οποία αποτελεί περισσότερο από το ένα τέταρτο του σύμπαντος αλλά παραμένει ένα μυστήριο. Όπως και η σκοτεινή ύλη, το στείρο νετρίνο δεν αλληλεπιδρά με τη συνηθισμένη ύλη, καθιστώντας την παρατήρησή του απίστευτα δύσκολη.

https://physicsgg.me/2023/01/13/δεν-επιβεβαιώθηκε-η-ύπαρξη-του-στείρ/

 

[Δροσος Γεωργιος]

H οδύσσεια του ανιχνευτή νετρίνων NESTOR.

Καλλιτεχνική απεικόνιση προτεινόμενης διάταξης για την τοποθέτηση των ανιχνευτών στον βυθό στα ανοιχτά της Πύλου.

Η ιδέα ενός υποθαλάσσιου ανιχνευτή νετρίνων προτάθηκε για πρώτη φορά στη δεκαετία του 1960 και επανήλθε στη δεκαετία του 1980. Τότε έγινε και η πρώτη απόπειρα εφαρμογής της στην πράξη από αμερικανικούς επιστήμονες στη Χαβάη, αλλά εγκαταλείφθηκε όμως λόγω τεχνικών δυσκολιών.
Η αντίστοιχη ελληνική «Οδύσσεια» κατασκευής ανιχνευτή νετρίνων στον βυθό ανοιχτά της Πύλου ξεκίνησε το 1990 και ονομάστηκε NESTOR (Neutrino Extended Submarine Telescope with Oceanographic Research Project). Στα πρώτα βήματά του το φιλόδοξο σχέδιο προχώρησε αποκλειστικά και μόνο με τις προσωπικές προσπάθειες του καθηγητή Λεωνίδα Ρεσβάνη. Παρά την ελληνο-γαλλο-ιταλική συνεργασία στα μέσα της δεκαετίας του 1990, προς το τέλος της δεκαετίας η Γαλλία και η Ιταλία αποχώρησαν ξεκινώντας δικά τους, ανεξάρτητα προγράμματα στα ανοιχτά της Τουλόν και της Σικελίας, αντίστοιχα.
Το όνειρο ενός ελληνικού τηλεσκοπίου νετρίνων αναβίωσε το 2003-2004, μέσω ενός νέου ευρωπαϊκού προγράμματος. Το καινούργιο εγχείρημα πλέον βαφτίστηκε KM3NeT και στο παιχνίδι μπήκαν και άλλες χώρες, η Ολλανδία, η Γερμανία, η Ισπανία και η Ρουμανία. Το υπό κατασκευή «κάπου στη Μεσόγειο» τηλεσκόπιο μεγάλωσε σε μέγεθος και η ακριβής θέση του αφέθηκε μετέωρη: μεταξύ των τριών διεκδικητών της, η Πύλος που εξακολουθούσε να πληροί με τον ικανοποιητικότερο τρόπο τις απαραίτητες προδιαγραφές, όμως στο τραπέζι έπεσε πλέον και η ιδέα του «μοιράσματός» του ανάμεσα στις ήδη υπάρχουσες εγκαταστάσεις στην Ελλάδα, στη Γαλλία και στην Ιταλία. Το 2008-2009 το KM3NeT πέρασε στη δεύτερη, «προπαρασκευαστική φάση» του, η οποία τελείωσε το 2012 χωρίς ουσιαστική πρόοοδο. Ο ίδιος ο Ρεσβάνης βλέποντας το «παιδί» του να αργοπεθαίνει δήλωσε το 2013: «Τελείωσε, κλείνουμε».

To 2016 το Ινστιτούτο Πυρηνικής και Σωματιδιακής Φυσικής του «Δημόκριτου» κατασκεύασε και πόντισε στην περιοχή έναν πειραματικό ανιχνευτή νετρίνων που λειτούργησε για περίπου ένα εξάμηνο. ΄Εκτοτε κυκλοφόρησαν πάλι διάφορες πληροφορίες ότι μια πιθανή περιοχή για την πλήρη ανάπτυξη τηλεσκοπίου νετρίνων είναι στα ανοιχτά της Πύλου στην Ελλάδα, αλλά στην ουσία η διάταξη του τηλεσκοπίου δεν έχει στηθεί ακόμη και προφανώς δεν λειτουργεί όπως λειτουργεί για παράδειγμα o ανιχνευτής νετρίνων IceCube στην Ανταρκτική.Έτσι, παρά το γεγονός ότι ο σχεδιασμός του πειράματος NESTOR ξεκίνησε πριν από 33 χρόνια φαίνεται πως με κάποιο ποιητικό τρόπο «βρίσκεται στην αρχή του πάντα». Κι αυτό μάλλον επιβεβαιώνεται από το βίντεο που δημοσίευσε χτες το κανάλι Up Stories:

Το βίντεο συνοδεύται από το παρακάτω κείμενο με τίτλο: ‘Πείραμα «Nestor». Το Ελληνικό CERN που βρίσκεται στην άβυσσο του Ιονίου σε βάθος 5.200 μέτρων‘Σε πλήρη εξέλιξη εδώ και τρεις δεκαετίες βρίσκεται το πείραμα “Νέστωρ” για την ανίχνευση νετρίνων, τριάντα ναυτικά μίλια έξω από την Πύλο, μέσα στη θάλασσα, σε βάθος μεγαλύτερο των πέντε χιλιομέτρων. Εχει πάρει το όνομά του από τα αρχικά “Neutrino Extended Submarine Telescope with Oceanographic Research” (Nestor) αλλά επιπλέον, στα… “βαφτίσια” έπαιξε ρόλο και το όνομα του ομώνυμου βασιλιά της περιοχής της Πύλου στην αρχαιότητα. Το “Nestor” θεωρείται ένα από τα σημαντικότερα πειράματα στην ιστορία της Φυσικής, καθώς έχει στόχο να εντοπίσει αόρατα σωματίδια της ύλης που έχουν σχέση με τη δημιουργία του σύμπαντος. Το πρόγραμμα χρηματοδοτείται από τη γενική γραμματεία Έρευνας και Τεχνολογίας του ελληνικού υπουργείου Παιδείας και τον Οργανισμό για την Οικονομική Συνεργασία και Ανάπτυξη (ΟΟΣΑ).Μέσα στα βάθη των ελληνικών θαλασσίων, στο “Φρέαρ των Οινουσσών” όπως ονομάζεται η συγκεκριμένη περιοχή στην νοτιοδυτική Πελοπόννησο, επιστήμονες επιχειρούν να χαρτογραφήσουν τα πιο αρχέγονα και τα πιο περίεργα σωματίδια της ύλης, τα άγνωστα νετρίνα. Τα νετρίνα είναι ηλεκτρικά ουδέτερα σωματίδια-φαντάσματα με σχεδόν μηδενική μάζα, που ταξιδεύουν ευθύγραμμα και αδιάκοπα στις αχανείς εκτάσεις του σύμπαντος με ταχύτητες σχεδόν όσο και η ταχύτητα του φωτός, χωρίς να παρεκκλίνουν, να αντιδρούν ή να διασπώνται από τη μεσοαστρική ύλη. Εκτιμάται ότι ταξιδεύουν από την αρχή της δημιουργίας του κόσμου, το περίφημο Big Bang (Μεγάλη Έκρηξη) πριν από 15 δισεκατομμύρια χρόνια.Οι αόρατοι αυτοί ταξιδιώτες του Διαστήματος κρύβουν μέσα τους πληροφορίες για τη δημιουργία του σύμπαντος. Το “Ινστιτούτο Νέστωρ” στην Πύλο εκμεταλλεύτηκε μια γεωγραφική ιδιομορφία της περιοχής (μοιάζει με ένα τεράστιο υποθαλάσσιο πηγάδι) προκειμένου τα νετρίνα να «εγκλωβιστούν» και να «φωτογραφηθούν». Για να συμβεί όμως αυτό, προβλέπεται μεταξύ άλλων η τοποθέτηση ενός τεράστιου τηλεσκοπίου 12 ορόφων με διάμετρο 32 μέτρα και συνολικό ύψος 330 μέτρα, δηλαδή μεγαλύτερο και από τον Πύργο του Άιφελ. Μέσα από όλα αυτά, αναδύεται μια νέας μορφής αστρονομία, πέρα από τον ουρανό και πέρα από την υπάρχουσα επιστημονική γνώση, όσο και αν ακούγεται απίστευτο να συμβαδίζουν η αστρονομία και κατασκευή τηλεσκοπίου στα βάθη της θάλασσας.Το όλο πείραμα διεξάγεται στο υποθαλάσσιο πηγάδι που προαναφέρθηκε, σε απόσταση μόλις 7,5 ναυτικών μιλίων από το νησί Σαπιέντζα και 11 μιλίων από τη Μεθώνη, σε βάθος 5.200 μέτρων. Ο όγκος του νερού πάνω από τον πάτο του πηγαδιού φιλτράρει την κοσμική ακτινοβολία και διευκολύνει την παρατήρηση, με τον ίδιο τρόπο που το σκοτάδι διευκολύνει την παρατήρηση των άστρων, καθώς τα νερά στο «φρέαρ των Οινουσσών» είναι εξαιρετικά διαυγή. Ο στόχος είναι να δημιουργηθεί ένας νέος χάρτη του ουρανού μελετώντας αυτά τα νετρίνα υψηλής ενέργειας, μια μορφή ακτινοβολίας που δεν έχει μελετηθεί καθόλου μέχρι τώρα και της οποίας οι ιδιότητες μπορεί να αλλάξουν άρδην την αντίληψη για τη δημιουργία του σύμπαντος.Διευθυντής του “Ινστιτούτου Νέστωρ” και επικεφαλής του όλου προγράμματος είναι ο καθηγητής Πειραματικής Φυσικής του Πανεπιστημίου Αθηνών Λεωνίδας Ρεσβάνης, που επισημαίνει: «Με τα νετρίνα μπορούμε να δούμε πιο βαθιά και πιο μακριά μέσα στο σύμπαν, επειδή ακριβώς δεν απορροφούνται από τίποτα, άρα αν τα αποκωδικοποιήσουμε, μπορούμε να δούμε πολύ πίσω στον χρόνο, ίσως ως το Bing Bang. Προσπαθούμε να ανοίξουμε ένα παράθυρο σε μια γειτονιά του σύμπαντος που κανείς μέχρι στιγμής δεν έχει κοιτάξει. Το πιο συναρπαστικό είναι ότι δεν ξέρουμε τι θα βρούμε. Αν ξέραμε, δεν θα ήταν συναρπαστικό!».

https://physicsgg.me/2023/03/18/h-οδύσσεια-του-ανιχνευτή-νετρίνων-nestor/

[Δροσος Γεωργιος]

Μια εξωφρενική επιβράδυνση νετρίνων.

Θα μπορούσαν οι κβαντικές ιδιότητες του χωροχρόνου να επιβραδύνουν τα νετρίνα;

Χρονικά διαστήματα καθυστέρησης στην ανίχνευση νετρίνων με ενέργειες από 60 έως >500 TeV που (πιθανώς) προέρχονται από αστροφυσικά φαινόμενα που ονομάζονται εκλάμψεις ακτίνων (GRBs)

Οι εκρήξεις ή εκλάμψεις ακτίνων γ (GRB=Gamma-Ray Burst), έχουν τεράστιο ενδιαφέρον ως αστροφυσικό φαινόμενο. Δημιουργούνται κατά τη γέννηση άστρων νετρονίων ή μαύρων τρυπών από βίαια κοσμικά φαινόμενα όπως η σύγκρουση αστέρων νετρονίων, από εκρήξεις σουπερνόβα, από άστρα που καταρρέουν και από την καταστροφή άστρων νετρονίων από μαύρες τρύπες. Όμως το παράλληλο κυνήγι των νετρίνων που παράγονται μαζί με τις εκρήξεις των ακτίνων γ θα μπορούσε επίσης να είναι σημαντικό στην έρευνα της κβαντικής βαρύτητας, δεδομένου ότι τα νετρίνα είναι εξαιρετικοί εξερευνητές του μικροσκοπικού ιστού του χωροχρόνου.Κάποιες παλαιότερες μελέτες βασισμένες σε νετρίνα που ανιχνεύθηκαν από το Παρατηρητήριο Νετρίνων IceCube δεδομένα ανέφεραν ενδείξεις για την επιτάχυνση ή την επιβράδυνση των νετρίνων που προέρχονται από από εκρήξεις ακτίνων γ – μεταβολές ταχύτητας που αποδίδονταν στις ιδιότητες του κβαντικού χωροχρόνου. Σύμφωνα με τους θεωρητικούς φυσικούς, μια συνέπεια της κβαντικής βαρύτητας θα μπορούσε να είναι η ενεργειακή εξάρτηση της μεταβολής της ταχύτητας των υπερ-σχετικιστικών σωματιδίων. Οι παρατηρήσεις των εκρήξεων ακτίνων γ που εκπέμπουν (σχεδόν) ταυτόχρονα φωτόνια διαφορετικών ενεργειών και (πιθανώς) νετρίνα, θα μπορούσαν να είναι κατάλληλες για την εύρεση αυτής της ενεργειακής εξάρτησης της ταχύτητας.Σε μια νέα δημοσίευση στο περιοδικό Nature Astronomy

https://www.nature.com/articles/s41550-023-01993-z

συγκρίνονται οι εκρήξεις ακτίνων γάμμα που ανιχνεύθηκαν από το διαστημικό τηλεσκόπιο Fermi με τα υψηλής ενέργειας νετρίνα που ανιχνεύθηκαν από το Παρατηρητήριο Νετρίνων IceCube. Ο στόχος ήταν να ελεγχθεί η υπόθεση ότι ορισμένα νετρίνα και κάποιες εκρήξεις ακτίνων γάμμα έχουν μεν κοινή προέλευση αλλά παρατηρούνται σε διαφορετικούς χρόνους λόγω της μεταβολής της ταχύτητας των νετρίνων, η οποία εξαρτάται από την ενέργειά τους.Διαπιστώθηκαν ελάχιστες ενδείξεις για τα νετρίνα που επιταχύνονται, ενώ υπάρχουν ισχυρότερες ενδείξεις για την επιβράδυνση των νετρίνων εξαιτίας των ιδιοτήτων του κβαντικού χωροχρόνου σε σχέση με παλαιότερες μελέτες. Το συμπέρασμα της δημοσίευσης είναι ότι η σύγκριση των δεδομένων IceCube και Fermi περιέχουν ενδείξεις επιβεβαίωσης μοντέλων κβαντικής βαρύτητας που προβλέπουν αυτό το φαινόμενο, αλλά απαιτείται επιπλέον διερεύνηση του φαινομένου σε μεγαλύτερα δείγματα δεδομένων.Μπορεί κανείς να διαβάσει περισσότερες λεπτομέρειες στο άρθρο με τίτλο: Could quantum gravity slow down neutrinos?, ….

https://arxiv.org/abs/2209.13726

όπου περιέχεται και το παρακάτω διάγραμμα:

Γραμμική προσέγγιση της χρονικής καθυστέρησης επτά γεγονότων νετρίνων-GRB, συναρτήσει της κινητικής ενέργειας, Δt=(σταθ.)Κ, σύμφωνα με τα θεωρητικά μοντέλα της κβαντικής βαρύτητας.

Η ‘εξωφρενική’ προσαρμογή των πειραματικών δεδομένων με την μπλε ευθεία στο εν λόγω διάγραμμα (έστω κι αν και αποτελεί τμήμα του διαγράμματος που παρατίθεται στην αρχή της ανάρτησης) ξεσήκωσε δικαιολογημένα θύελλα σχολίων στο twitter:

 

Ίσως η ανακοίνωση της ερευνητικής ομάδας του IceCube που θα γίνει στις 29 Ιουνίου να ξεκαθαρίσει τα πράγματα.

 

https://icecube.wisc.edu/news/collaboration/2023/06/icecube-webinar-2/

 

https://physicsgg.me/2023/06/15/μια-εξωφρενική-επιβράδυνση-νετρίνων/

[Δροσος Γεωργιος]

Επιστήμονες κατέγραψαν την πρώτη εικόνα από σωματίδια-φαντάσματα του γαλαξία μας.

Την πρώτη ισχυρή απόδειξη για την εκπομπή νετρίνων στον γαλαξία μας, τα οποία αποκαλούνται ως σωματίδια-φαντάσματα, καθώς υπάρχουν σε μεγάλες ποσότητες, αλλά δεν ανιχνεύονται, παρουσίασαν επιστήμονες. Η βασισμένη στα νετρίνα εικόνα του γαλαξία μας είναι η πρώτη του είδους της και παρουσιάζεται σε δημοσίευση στο περιοδικό Science.Η ανακάλυψη επιτεύχθηκε μέσω συνεργασίας περισσοτέρων των 350 ερευνητών, οι οποίοι χρησιμοποίησαν το Παρατηρητήριο Νετρίνων IceCube που βρίσκεται στην Ανταρκτική και υποστηρίζεται από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών των ΗΠΑ. Το Παρατηρητήριο ανιχνεύει τα σημάδια των νετρίνων υψηλής ενέργειας στο διάστημα χρησιμοποιώντας χιλιάδες διασυνδεδεμένους αισθητήρες, θαμμένους βαθιά μέσα σε ένα κυβικό χιλιόμετρο πάγου.Πρόκληση αποτέλεσε για τους ερευνητές όχι μόνο η ανίχνευση των διαβόητα φευγαλέων νετρίνων και της διάκρισής τους από άλλα είδη διαστρικών σωματιδίων, αλλά και ο φιλόδοξος στόχος του προσδιορισμού της προέλευσής τους. Όταν τα νετρίνα τυχαίνει να αλληλεπιδρούν με τον πάγο κάτω από το Παρατηρητήριο IceCube, αυτές οι σπάνιες συναντήσεις παράγουν αμυδρά μοτίβα φωτός, τα οποία το Παρατηρητήριο μπορεί να ανιχνεύσει. Ορισμένα μοτίβα φωτός δείχνουν σαφώς προς μία συγκεκριμένη περιοχή του ουρανού, επιτρέποντας στους ερευνητές να προσδιορίσουν την πηγή των νετρίνων. Τέτοιες αλληλεπιδράσεις αποτέλεσαν τη βάση για την ανακάλυψη, το 2022, νετρίνων που προέρχονταν από έναν άλλο γαλαξία, 47 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά.Άλλες αλληλεπιδράσεις παράγουν καταιγιστικές «μπάλες φωτός» στον διαυγή πάγο και οι ερευνητές ανέπτυξαν έναν αλγόριθμο μηχανικής μάθησης, με τη βοήθεια του οποίου συνέκριναν τη σχετική θέση, το μέγεθος και την ενέργεια περισσότερων από 60.000 τέτοιων καταιγισμών φωτός που δημιουργούνται από νετρίνα και καταγράφηκαν από το IceCube σε διάστημα δέκα ετών.Οι ερευνητές πέρασαν πάνω από δύο χρόνια δοκιμάζοντας και επαληθεύοντας τον αλγόριθμό τους, χρησιμοποιώντας τεχνητά δεδομένα που προσομοιώνουν ανιχνεύσεις νετρίνων. Όταν, τελικά, τροφοδότησαν τον αλγόριθμο με τα πραγματικά δεδομένα που παρείχε ο IceCube, προέκυψε μία εικόνα που έδειχνε φωτεινά σημεία, τα οποία αντιστοιχούσαν σε σημεία του γαλαξία μας, που πιθανολογείται ότι εξέπεμπαν νετρίνα. Αυτές οι θέσεις βρίσκονταν σε σημεία, όπου οι παρατηρούμενες ακτίνες γ θεωρούνταν ότι ήταν υποπροϊόντα των συγκρούσεων μεταξύ κοσμικών ακτινών και διαστρικού αερίου και θεωρητικά θα έπρεπε, επίσης, να παράγουν νετρίνα.«Όπως συμβαίνει τόσο συχνά, οι σημαντικές ανακαλύψεις στην επιστήμη επιτρέπονται από την πρόοδο της τεχνολογίας», αναφέρει η διευθύντρια του Τμήματος Φυσικής του Εθνικού Ιδρύματος Επιστημών των ΗΠΑ, Ντενίς Κάλντγουελ. «Οι δυνατότητες που παρέχει ο εξαιρετικά ευαίσθητος ανιχνευτής IceCube σε συνδυασμό με τα νέα εργαλεία ανάλυσης δεδομένων, μας έδωσαν μία εντελώς νέα άποψη του γαλαξία μας, μία άποψη που είχε μόνο υπαινιχθεί στο παρελθόν. Καθώς αυτές οι δυνατότητες συνεχίζουν να βελτιώνονται, μπορούμε να προσβλέπουμε στο να παρακολουθούμε αυτήν την εικόνα να αναδύεται με όλο και μεγαλύτερη ανάλυση, αποκαλύπτοντας ενδεχομένως κρυμμένα χαρακτηριστικά του γαλαξία μας που δεν είχε δει ποτέ πριν η ανθρωπότητα», προσθέτει η ίδια.

https://www.in.gr/2023/06/30/b-science/epistimones-kategrapsan-tin-proti-eikona-apo-somatidia-fantasmata-tou-galaksia-mas/

 

 

 

 

 

 

Το επεξεργάστηκε Ιούνιος 30, 2023 ο Δροσος Γεωργιος

[Δροσος Γεωργιος]

Ξεκινά η κατασκευή του μεγαλύτερου τηλεσκοπίου νετρίνων στον κόσμο.

Θα βρίσκεται σε βάθος περίπου 4 χλμ. στον Ειρηνικό Ωκεανό.Τα νετρίνα είναι μία κατηγορία σωματιδίων που αλληλεπιδρούν τόσο ασθενώς με την ύλη, ώστε να περνούν σχεδόν ανεπηρέαστα μέσα από οποιοδήποτε αντικείμενο. Έτσι, μολονότι ο πλανήτης μας βομβαρδίζεται συνεχώς από αμέτρητα νετρίνα, πολλά από τα οποία προέρχονται μάλιστα από τα πέρατα του Σύμπαντος, το συντριπτικά μεγαλύτερο ποσοστό διαπερνά αναλλοίωτο μέσα από τη Γη. Το ανύπαρκτο ηλεκτρικό φορτίο και η σχεδόν μηδενική μάζα των νετρίνων σημαίνει ότι μόλις και μετά βίας αλληλεπιδρούν με άλλους τύπους ύλης δυσκολεύοντας τον εντοπισμό τους.Αν και σημαντικές ποσότητες νετρίνων παράχθηκαν με τη Μεγάλη Έκρηξη, νέα σωματίδια συνεχίζουν να εκπέμπονται από το εσωτερικό του Ήλιου αλλά και από βίαια κοσμικά φαινόμενα, όπως οι υπερκαινοφανείς αστέρες, ή ακόμη και στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας της Γης. Η δυσκολία εντοπισμού των νετρίνων οδήγησε την επιστημονική κοινότητα να τα ονομάσει «σωματίδια φάντασμα».Όπως έγινε γνωστό κινέζοι επιστήμονες ξεκινούν την κατασκευή του μεγαλύτερο ανιχνευτή νετρίνων στον κόσμο, μια εγκατάσταση 3,500 μέτρα κάτω από την επιφάνεια του ωκεανού.Το Τροπικό Τηλεσκόπιο Νετρίνων Βαθέων Υδάτων (TRIDENT) θα αγκυροβοληθεί στον βυθό της θάλασσας του Δυτικού Ειρηνικού Ωκεανού. Με την ολοκλήρωσή του το 2030 το τηλεσκόπιο θα κάνει σαρώσεις για σπάνιες λάμψεις φωτός που προκαλούνται από τα… άπιαστα σωματίδια καθώς γίνονται για λίγο απτά στα βάθη των ωκεανών.«Χρησιμοποιώντας τη Γη ως ασπίδα, το TRIDENT θα ανιχνεύσει νετρίνα που διεισδύουν από την αντίθετη πλευρά του πλανήτη. Καθώς το TRIDENT βρίσκεται κοντά στον ισημερινό, μπορεί να λάβει νετρίνα που προέρχονται από όλες τις κατευθύνσεις με την περιστροφή της Γης, επιτρέποντας την παρατήρηση του ουρανού χωρίς τυφλά σημεία» αναφέρει ο Ξου Ντονγκλιάν, επικεφαλής επιστήμονας του έργου που μπορεί να ρίξει φως σε αυτά τα μυστηριώδη σωματίδια ανοίγοντας νέους δρόμους στη φυσική.

https://www.naftemporiki.gr/techscience/1526548/xekina-i-kataskeyi-to-megalyteroy-tileskopioy-netrinon-ston-kosmo/

[Δροσος Γεωργιος]

Η κατανομή του Κοσμικού Υποβάθρου Νετρίνων γύρω από την επιφάνεια της Γης.

Το αρχέγονο σύμπαν, κλάσματα του δευτερολέπτου μετά την Μεγάλη Έκρηξη, περιείχε ηλεκτρόνια, ποζιτρόνια, φωτόνια και νετρίνα σε θερμική ισορροπία μεταξύ τους. Όταν η ηλικία του σύμπαντος ξεπέρασε το ένα δευτερόλεπτο, πραγματοποιήθηκε η αποδέσμευση των νετρίνων από την ύλη καθώς το σύμπαν βίωνε την λεγόμενη εποχή της ακτινοβολίας στην θερμοκρασία των 10¹⁰ Κ. Αυτά τα αποδεσμευμένα νετρίνα κυκλοφορούν μέχρι σήμερα ανάμεσά μας. Εξαιτίας της διαστολής και της αντίστοιχης ψύξης του σύμπαντος η θερμοκρασία στην οποία αντιστοιχούν σήμερα τα αρχέγονα νετρίνα είναι περίπου 1,95 Kelvin και η μέση πυκνότητά τους είναι 340 νετρίνα ανά κυβικό εκατοστό ή 56 νετρίνα του ηλεκτρονίου ανά κυβικό εκατοστό. Τα νετρίνα αυτά αποτελούν το Κοσμικό Υπόβαθρο Νετρίνων (CΝB=Cosmic Neutrino Background), σε αναλογία με το  Κοσμικό Υπόβαθρο της Μικροκυματικής ακτινοβολίας (Cosmic Microwave Background=CMB).Ενώ το Κοσμικό Υπόβαθρο της Μικροκυματικής ακτινοβολίας μας δίνει πληροφορίες για το σύμπαν έως 380.000 χρόνια μετά την Μεγάλη Έκρηξη, το κοσμικό υπόβαθρο νετρίνων (CΝB) μας πάει ακόμα πιο πίσω, έως ένα δευτερόλεπτο μετά την Μεγάλη Έκρηξη.Στο βίντεο που ακολουθεί περιέχεται διάλεξη της Ασημίνας Αρβανιτάκη, καθηγήτριας στο Ινστιτούτο Θεωρητικής Φυσικής Perimeter, στην οποία διερευνά την δυνατότητα ανίχνευσης του Κοσμικού Υποβάθρου Νετρίνων. Υποστηρίζει ότι η Γη μπορεί να αλλάξει σημαντικά την τοπική κατανομή αυτών των αρχέγονων νετρίνων και αντινετρίνων. Ενώ τα νετρίνα απωθούνται από τη Γη λόγω της ασθενούς αλληλεπίδρασης με την ύλη, τα αντινετρίνα έλκονται. Αυτή η διαφορά στη συμπεριφορά τους έχει ως αποτέλεσμα μια σχετική υπερπυκνότητα των νετρίνων κοντά στην επιφάνεια της Γης ενισχύει την αρχέγονη ασυμμετρία νετρίνων-αντινετρίνων κατά 5 τάξεις μεγέθους. Αυτή η διαφορά παραμένει σε μια ζώνη πάχους 7 μέτρων γύρω από την επιφάνεια της Γης. Αυτό το φαινόμενο ανοίγει νέες ευκαιρίες για την ανίχνευσή τους σε εργαστηριακό περιβάλλον. Την Ασημίνα Αρβανιτάκη προλογίζει ο Σάββας Δημόπουλος, καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Stanford.

https://physicsgg.me/2024/01/27/η-κατανομή-του-κοσμικού-υποβάθρου-νετ/

[Δροσος Γεωργιος]

Η ανίχνευση νετρίνων από την έκρηξη του σουπερνόβα 1987Α.

… κατά την διάρκεια της νύχτας 22-23 Φεβρουαρίου του 1987

(νεώτερη ενημέρωση) – Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb βρίσκει για πρώτη φορά άμεσες αποδείξεις για την ύπαρξη άστρου νετρονίων στην καρδιά του υπολείμματος του σουπερνόβα 1987A

Κατά την έκρηξη του υπερκαινοφανούς αστέρα SN1987A πρατηρήθηκαν για πρώτη φορά νετρίνα που προέρχονταν έξω από το ηλιακό μας συστήμα.

Απεικόνιση του SN1987A, το δαχτυλίδι του ύλης που βλέπουμε σήμερα, μέσα από προσομοίωση υπολογιστή

Κατά τη διάρκεια της νύχτας 22 προς 23 Φεβρουαρίου 1987 τρεις ανιχνευτές νετρίνων – στο Kamiokande (Ιαπωνία), IMB (ΗΠΑ) και BNO στην ΕΣΣΔ – ανίχνευσαν ταυτόχρονα νετρίνα. Ο Kamiokande ανίχνευσε 11 νετρίνα σχεδόν τρεις ώρες πριν την πρώτη οπτική παρατήρηση της έκρηξης του σουπερνόβα που ονομάστηκε SN1987Α από αστρονόμους στη Χιλή και την Αυστραλία. Ένας άλλος ανιχνευτής νετρίνων κοντά στο Κλήβελαντ των ΗΠΑ, κατέγραψε την ίδια ώρα με τον ιαπωνικό ανιχνευτή άλλα 8 νετρίνα. Αργότερα έγινε γνωστό ότι και ένας τρίτος ανιχνευτής νετρίνων στο φαράγγι Μπαξάν στον Καύκασο είχε καταγράψει άλλα 5 νετρίνα.
Τα 24 νετρίνα που ανιχνεύθηκαν στην Γη ήταν ένα απειροελάχιστο ποσοστό από τα δισεκατομμύρια δισεκατομμυρίων νετρίνων που σάρωσαν τον πλανήτη μας σε μια ριπή από το άστρο Sanduleak-69^o 202^o που εξεράγη στο Μεγάλο Νέφος του Μαγγελάνου προκαλώντας το σουπερνόβα SN1987Α. Ας σημειωθεί ότι οι ανιχνευτές νετρίνων βρίσκονταν στο βόρειο ημισφαίριο, ενώ η έκρηξη του σουπερνόβα ήταν οπτικά ορατό στο νότιο ημισφαίριο. Επομένως τα 24 νετρίνα που ανιχνεύθηκαν διέσχισαν όλη τη Γη μέχρι να φτάσουν στους ανιχνευτές!
Επιπλέον, ο φυσικός John Bahcall – γνωστός για την έρευνά του στην ανίχνευση ηλιακών νετρίνων – όταν έμαθε για τον SN1987Α, άρχισε να υπολογίζει με τους συνεργάτες του πόσα νετρίνα που παράχθηκαν κατά την έκρηξη του σουπερνόβα, θα έπρεπε να έχουν καταγραφεί στους επίγειους ανιχνευτές. Το αποτέλεσμά τους δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature και προέβλεπε μερικές δεκάδες ανιχνεύσεις νετρίνων σε συμφωνία με τα πειραματικά δεδομένα.

Μια σειρά διαδοχικών εικόνων του σουπερνόβα SN1987A, από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble, στο χρονικό διάστημα 15 ετών, από το 1994 έως το 2009.

Οι οπτικές παρατηρήσεις του σουπερνόβα του SN 1987A και η έκρηξη νετρίνων διάρκειας μόνο λίγων δευτερόλεπτα που προκλήθηκε κατά την έκρηξής του, παρείχαν επιπλέον σημαντικά στοιχεία για την βελτίωση της θεωρίας που περιγράφει την κατάρρευση των πυρήνων των σουπερνόβα. Σύμφωνα με την θεωρία αυτός ο τύπος σουπερνόβα θα σχημάτιζε ένα άστρο νετρονίων ή μια μαύρη τρύπα. Έκτοτε οι αστρονόμοι έχουν αναζητήσει στοιχεία για τέτοιου είδους συμπαγή αντικείμενα στο κέντρο του διαστελλόμενου υλικού που απέμεινε.
Τα τελευταία χρόνια βρέθηκαν έμμεσα στοιχεία για την παρουσία ενός αστέρα νετρονίων στο κέντρο του υπολείμματος, ώστόσο, μέχρι σήμερα δεν είχαν παρατηρηθεί άμεσες ενδείξεις που να δείχνουν την παρουσία άστρου νετρονίων στον απόηχο του SN 1987A (ή οποιασδήποτε παρόμοιας πρόσφατης έκρηξης σουπερνόβα).
Όμως, σύμφωνα με την σημερινή δημοσίευση στο περιδικο Science (Emission lines due to ionizing radiation from a compact object in the remnant of Supernova 1987A), – 37 χρόνια μετά την έκρηξη του σουπερνόβα – οι φασματοσκοπικές παρατηρήσεις του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb δείχνουν την ύπαρξη άστρου νετρονίου στο υπόλειμμα του SN1987A!

Η ανάλυση των παραπάνω εικόνων από το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb δείχνουν ένα ισχυρό σήμα από το κέντρο του υπολείμματος σουπερνόβα SN 1987A, που αποδεικνύει την ύπαρξη μιας πηγής ακτινοβολίας υψηλής ενέργειας, πιθανότατα από ένα άστρο νετρονίων.(science.nasa.gov)

Στη συνέχεια παραθέτουμε (ξανά) την εξαιρετική περιγραφή της δημιουργίας και της εξέλιξης του σουπερνόβα 1987Α που έκανε ο αείμνηστος Βασίλης Ξανθόπουλος, στο κλασικό πλέον βιβλίο του, «Περί αστέρων και συμπάντων», Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης , 6η έκδοση 1997:
«Η έκρηξη του σουπερνόβα 1987Α παρατηρήθηκε στις 23 Φεβουαρίου 1987, στο Μεγάλο Νέφος του Μαγγελάνου, σε απόσταση 170.000 ετών φωτός. Η έκρηξη αποτέλεσε σημαντικό γεγονός για την αστρονομία, γιατί με τις λεπτομερείς παρατηρήσεις που ακολούθησαν – και συνεχίζονται – έγινε για πρώτη φορά δυνατό να υποβληθούν σε ουσιαστικό έλεγχο οι θεωρίες μας για τους σουπερνόβα. Το γενικό συμπέρασμα είναι πως οι θεωρίες μας ήταν βασικά σωστές αλλά έπρεπε να δουλευτούν λίγο παραπάνω και προσεκτικότερα σε ορισμένα δευτερεύοντα σημεία. Ως συνήθως, η φαντασία της φύσης ξεπέρασε και πάλι την φαντασία των αστροφυσικών. Το μόνο δυσάρεστο ήταν πως ο σουπερνόβα 1987Α ήταν ορατός μόνον από το νότιο ημισφαίριο.
Είναι πολύ σημαντικό ότι τον αστέρα που εξερράγη τον ξέραμε (που σημαίνει ότι τον είχαμε ξεχωρίσει από τα δισεκατομμύρια των άστρων και καταγράψει) από πριν. Ήταν ο αστέρας Sanduleak-69^o 202^o (από το όνομα του αστρονόμου που τον κατέγραψε, 69^o νότιο γαλαξιακό πλάτος και 202^o γαλαξιακό μήκος). Είχε μάζα περίπου ~16M_☉, λαμπρότητα 40.000L_☉ και ηλικία 11 εκατομμύρια χρόνια. Το επικρατέστερο μοντέλο προβλέπει ότι ο Sanduleak ξεκίνησε ως αστέρας μάζας περίπου18M_☉,έκαψε το περισσότερο υδρογόνο του σε 10 εκατομμύρια χρόνια, το He σε ένα εκατομμύριο χρόνια, τον άνθρακα σε 12.000 χρόνια, το νέον σε 12 χρόνια, το οξυγόνο σε 4 χρόνια και το πυρίτιο σε μια εβδομάδα. Κατά την έκρηξη συνεχιζόταν η καύση του Η σε εξωτερικούς φλοιούς, ενώ στο κέντρο του είχε συσσωρευθεί στάχτη Fe που ξεπέρασε το όριο Chandrasekhar. Η κατάρρευση της στάχτης αυτής προκάλεσε την έκρηξη.
Στο μέγιστό της, η λαμπρότητα του σουπερνόβα έφτασε τις 2·10⁸ L_☉. To μέγιστο της λαμπρότητας δεν συμπίπτει με την ίδια την έκρηξη. Αντίθετα, παρατηρήθηκε 80 ημέρες αργότερα, στις 20 Μαΐου. Η καθυστέρηση αυτή των ογδόντα ημερών επιβεβαίωσε την πρόβλεψη ότι στις εκρήξεις σουπερνόβα δημιουργούνται τα βαριά χημικά στοιχεία σε μεγάλες ποσότητες. Η εξήγηση είναι απλή. Ανάμεσα στα βαριά στοιχεία που σχηματίζονται κατά την έκρηξη περιλαμβάνονται και μεγάλες ποσότητες ραδιενεργών ισοτόπων και η αύξηση της λαμπρότητας του σουπερνόβα οφείλεται στη ραδιενέργεια που εκλύουν τα ισότοπα αυτά. Κατά την έκρηξη σχηματίζεται το ραδιενεργό νικέλιο-56 που έχει χρόνο ημιζωής 6,1 ημέρες και διασπάται προς κοβάλτιο-56. Και το κοβάλτιο, όμως, είναι ραδιενεργό και διασπάται, με χρόνο ημιζωής 77,1 ημέρες, προς άλλα σταθερά στοιχεία.
Ο αστέρας Sanduleak, που είχε παρατηρηθεί και καταγραφεί πριν από την έκρηξη, ήταν κυανός και όχι ερυθρός γίγαντας. Η παρατήρηση αυτή φάνηκε προς στιγμή ότι θα ανέτρεπε τη βασική θεωρία αστρικής εξέλιξης (αφού οι κυανοί γίγαντες βρίσκονται στα πρώτα στάδια της αστρικής εξέλιξης, πριν από την κύρια ακολουθία). Απαιτήθηκαν μερικοί μήνες για να κατανοήσουμε ότι εξαιτίας μιας ιδιαιτερότητάς του, στα τελευταία στάδια της φάσης του ερυθρού γίγαντα που υπολογίζεται ότι κράτησε μερικές χιλιάδες χρόνια, ο Sanduleak είχε χρώμα μπλε! Η περιεκτικότητα του Sanduleak σε οξυγόνο και άλλα βαριά στοιχεία ήταν μικρότερη απ΄ότι είναι συνήθως σε αστέρια που βρίσκονται σε παρόμοια εξελικτική φάση. Όμως μικρότερη περιεκτικότητα των εξωτερικών φλοιών σε οξυγόνο σημαίνει μεγαλύτερη διαπερατότητα του φωτός ανά μονάδα ύλης. Έτσι, για να απορροφηθεί η ακτινοβολία ώστε να ασκηθεί η πίεση που θα εξουδετερώσει τη βαρύτητα, απαιτείται αυξημένη πυκνότητα ύλης στους εξωτερικούς φλοιούς. Ο αστέρας, λοιπόν, σταθεροποιήθηκε σε μικρότερες διαστάσεις απ’ ότι αναμενόταν, η επιφανειακή του θερμοκρασία ήταν μεγαλύτερη από ότι είναι συνήθως, και το χρώμα του ήταν μπλε. Επιπλέον, επειδή ο αστέρας είχε μικρότερες διαστάσεις από ότι αναμενόταν, ένα μεγαλύτερο ποσοστό της ενέργειας της έκρηξης δαπανήθηκε για να διαφύγει η ύλη από το ισχυρότερο βαρυτικό πεδίο. Το τελικό αποτέλεσμα ήταν η μέγιστη λαμπρότητα του σουπερνόβα να είναι μικρότερη από όση θα περιμέναμε, συλλογισμός που επιβεβαιώθηκε από τις παρατηρήσεις.
Δυο ώρες πριν την (οπτική) έναρξη του φαινομένου σουπερνόβα, ανιχνευτές κατέγραψαν αυξημένη διέλευση νετρίνων από τη Γη. Τα νετρίνα εκπέμφθηκαν τα πρώτα δευτερόλεπτα της έκρηξης, όταν κατέρρεε ο κεντρικός πυρήνας. Τότε σχηματίστηκε ένα ωστικό κύμα, ένα κύμα σοκ, που άρχισε να διαδίδεται προς τα έξω. Η χρονική καθυστέρηση των δυο ωρών οφείλεται στο χρόνο που χρειάστηκε το κύμα αυτό για να φτάσει στα εξωτερικά στρώματα του αστέρα, οπότε άρχισε και η εκπομπή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Η συνολική ενέργεια που εκπέμφθηκε με τα νετρίνα υπολογίζεται σε 3·10⁵³ erg. Και όλη αυτή η ενέργεια εκπέμφθηκε μέσα σε μερικά δευτερόλεπτα μόνον! Η ισχύς του σουπερνόβα, αυτά τα πρώτα δευτερόλεπτα, ήταν όση και η ισχύς όλου του ορατού σύμπαντος!
Δεν ξέρουμε με σιγουριά τι απέμεινε από τον σουπερνόβα 1987Α. Οι περισσότεροι αστροφυσικοί ποντάρουν στον σχηματισμό ενός αστέρα νετρονίων. Αλλά η ανακοίνωση, στις αρχές του 1989, της παρατήρησης ενός πάλσαρ συχνότητας 1968 στροφών/δευτερόλεπτο αποδείχθηκε εσφαλμένη. Και η αναμενόμενη μεταφορά κινητικής ενέργειας από τον πάλσαρ στο περιβάλλον κέλυφος δεν έχει παρατηρηθεί… Το διαστημικό τηλεσκόπιο Ηubble φωτογράφησε το διαστελλόμενο κέλυφος που σχηματίστηκε κατά την έκρηξη…
Σουπερνόβα και ζωή
Σε κάποιoν ή κάποιους σουπερνόβα οφείλουμε τη ζωή μας! Όλα τα στοιχεία, από το He και πέρα, που είναι απαραίτητα για τη ζωή, σχηματίζονται μόνο στο εσωτερικό των αστέρων. Ευτυχώς για μας, οι εκρήξεις σουπερνόβα τα σκορπίζουν στο διάστημα και εμπλουτίζουν με αυτά τη μεσοαστρική ύλη. Έτσι, από τη δεύτερη γενιά αστέρων και μετά σε έναν γαλαξία, ηλιακά συστήματα με πλανήτες σαν τη Γη μπορούν να σχηματιστούν, με χημική σύνθεση κατάλληλη για να δημιουργήσουν ζωή. Επιπλέον, επειδή τα μεγάλα αστέρια, που κατά πλειονότητα φαίνεται πως περνούν και από την εμπειρία «σουπερνόβα», ζουν πολύ λιγότερο, έχουν προλάβει να εμπλουτίσουν το διάστημα με ατ απαραίτητα βαριά στοιχεία. Εξηγείται, λοιπόν, έτσι και γιατί οι αστέρες του πληθυσμού ΙΙ είναι νεώτεροι από τους αστέρες του πληθυσμού Ι.
Οι γνώσεις μας για τους σουπερνόβα είναι περιορισμένες, γιατί οι πληροφορίες έρχονται μόνο με την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, που εκπέμπεται από τα επιφανειακά στρώματα του αστέρα, ενώ όλη η ασυνήθιστη δραστηριότητα γίνεται στο εσωτερικό του. Κατευθείαν στο κέντρο του αστέρα θα μπορούσαμε να «δούμε» μόνο με νετρίνα και κύματα βαρύτητας! Θα μπορούσαμε, π.χ. να «δούμε» πως άρχισε η έκρηξη στο κέντρο του αστέρα, να στρέψουμε προς τα κει τα ηλεκτρομαγνητικά μας τηλεσκόπια, και να παρατηρήσουμε όλο το φαινόμενο σουπερνόβα από την αρχή του. Δεν νομίζω ότι θα αργήσει πάρα πολύ ο πολιτισμός μας να αποκτήσει κι αυτού του είδους τα τηλεσκόπια, αν δεν κάνουμε προηγουμένως κι εμείς, πάνω στη Γη, τη δική μας ‘σουπερνόβα’.»

https://physicsgg.me/2024/02/22/η-ανίχνευση-νετρίνων-από-την-έκρηξη-το/

 

[Δροσος Γεωργιος]

Ανιχνεύθηκε κοσμικό νετρίνο με ενέργεια ρεκόρ.

Η ερευνητική ομάδα KM3NeT ανακοίνωσε την ανίχνευση στην άβυσσο της Μεσογείου Θάλασσας ενός κοσμικού νετρίνου με την μεγαλύτερη ενέργεια μέχρι σήμερα, περίπου 220 PeV.Ένα εξαιρετικό γεγονός που αντιστοιχεί σε ένα νετρίνο με εκτιμώμενη ενέργεια περίπου 220 PeV (=220×1015eV), ανιχνεύθηκε στις 13 Φεβρουαρίου 2023, από τον ανιχνευτή ARCA του τηλεσκοπίου νετρίνων κυβικού χιλιομέτρου του (KM3NeT) σε μεγάλο βάθος της Μεσογείου. Αυτό το γεγονός, που ονομάστηκε KM3-230213A, είναι το πιο ενεργητικό νετρίνο που έχει ανιχνευθεί μέχρι σήμερα και είναι η πρώτη απόδειξη ότι νετρίνα με τόσο μεγάλες ενέργειες παράγονται στο σύμπαν. Μετά από μακρά και σχολαστική δουλειά για την ανάλυση και την ερμηνεία των πειραματικών δεδομένων, η διεθνής επιστημονική συνεργασία του KM3NeT αναφέρει τις λεπτομέρειες αυτής της εκπληκτικής ανακάλυψης σε άρθρο που δημοσιεύτηκε στο Nature με τίτλο «Observation of an ultra-high-energy cosmic neutrino with KM3NeT» .Η ενέργεια των 220 PeV ισοδυναμεί με την κινητική ενέργεια που έχει ένα μπαλάκι του πιγκ-πογκ με μάζα 2,7 γραμμάρια που κινείται με ταχύτητα 18 χιλιόμετρα ανά ώρα (ή 5 μέτρα ανά δευτερόλεπτο).Στην πραγματικότητα ανιχνεύθηκε ένα μιόνιο που διέσχισε ολόκληρο τον ανιχνευτή, προκαλώντας σήματα σε πάνω από το ένα τρίτο των ενεργών αισθητήρων. Η κλίση της τροχιάς του σε συνδυασμό με την τεράστια ενέργειά του, έδειξαν ότι το μιόνιο προέρχεται από ένα κοσμικό νετρίνο που αλληλεπίδρασε στην περιοχή του ανιχνευτή.«Αυτή η πρώτη ανίχνευση ενός νετρίνου εκατοντάδων PeV ανοίγει ένα νέο κεφάλαιο στην αστρονομία των νετρίνων και ένα νέο παράθυρο παρατήρησης στο σύμπαν», σχολίασε ο Paschal Coyle, εκπρόσωπος του KM3NeT.Οι υπερμαζικές μαύρες τρύπες στο κέντρο των γαλαξιών, οι εκρήξεις σουπερνόβα, οι εκρήξεις ακτίνων γάμμα, και άλλα βίαια κτακλυσμικά γεγονότα στο σύμπαν, λειτουργούν ως κοσμικοί επιταχυντές, δημιουργώντας ροές σωματιδίων που ονομάζονται κοσμικές ακτίνες. Μερικές κοσμικές ακτίνες μπορεί να αλληλεπιδράσουν με την ύλη ή τα φωτόνια γύρω από την πηγή, για να παράγουν νετρίνα και άλλα σωματίδια, ενώ άλλες διαφεύγουν στο απέραντο διάστημα. Κατά διάρκεια του ταξιδιού των πιο ενεργητικών κοσμικών ακτίνων, κάποιες από αυτές μπορεί να αλληλεπιδράσουν με τα φωτόνια της μικροκυματικής κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου, παράγοντας «κοσμογονικά» νετρίνα με εξαιρετικά υψηλή ενέργεια.Τα νετρίνα ανήκουν στα πιο μυστηριώδη στοιχειώδη σωματίδια. Δεν έχουν ηλεκτρικό φορτίο, σχεδόν καθόλου μάζα και αλληλεπιδρούν ασθενώς με την ύλη. Είναι ειδικοί κοσμικοί αγγελιοφόροι, που μας φέρνουν μοναδικές πληροφορίες για τους μηχανισμούς που εμπλέκονται στα πιο ενεργητικά φαινόμενα του σύμπαντος και μας επιτρέπουν να εξερευνήσουμε τα πιο μακρινά σημεία του ΣύμπαντοςΑν και τα νετρίνα κατέχουν την δεύτερη θέση αφθονίας σωματιδίων στο σύμπαν (μετά τα φωτόνια), είναι πολύ δύσκολο να ανιχνευθούν εξαιτίας της ασθενούς αλληλεπίδρασής τους με την ύλη. Γι αυτό οι ανιχνευτές νετρίνων έχουν τεράστιο μέγεθος. Όπως το τηλεσκόπιο νετρίνων KM3NeT – του οποίου η πλήρης κατασκευή δεν έχει ολοκληρωθεί – μια τεράστια κατασκευή στο βυθό της θάλασσας που συνίσταται από δύο ανιχνευτές, ARCA και ORCA. Στην τελική του διαμόρφωση, ο ανιχνευτής KM3NeT θα καταλαμβάνει όγκο μεγαλύτερο από ένα κυβικό χιλιόμετρο. Ο KM3NeT χρησιμοποιεί το θαλασσινό νερό ως μέσο αλληλεπίδρασης για τα νετρίνα. Οι υψηλής τεχνολογίας οπτικές μονάδες του ανιχνεύουν την ακτινοβολία Cherenkov, μια γαλαζωπή λάμψη που παράγεται κατά τη διάδοσή τους στο νερό των υπερσχετικιστικών σωματιδίων που παράγονται από τις αλληλεπιδράσεις των νετρίνων.Ο ανιχνευτής KM3NeT/ARCA (Astroparticle Research with Cosmics in the Abyss) είναι αφιερωμένος κυρίως στη μελέτη των νετρίνων υψηλής ενέργειας και των πηγών τους στο σύμπαν. Βρίσκεται σε βάθος 3450 μέτρα, περίπου 80 χιλιόμετρα από την ακτή του Portopalo di Capo Passero της Σικελίας. Οι μονάδες ανίχνευσης ύψους 700 μέτρων είναι αγκυρωμένες στον βυθό της θάλασσας και βρίσκονται σε απόσταση περίπου 100 μέτρων μεταξύ τους. Κάθε μονάδα είναι εξοπλισμένη με 18 ψηφιακές οπτικές μονάδες που η καθεμία περιέχει 31 φωτοπολλαπλασιαστές. Στην τελική του διαμόρφωση, ο ανιχνευτές ARCA θα περιλαμβάνει 230 μονάδες ανίχνευσης. Τα δεδομένα που συλλέγονται μεταδίδονται μέσω ενός υποθαλάσσιου καλωδίου στον παράκτιο σταθμό στο INFN Laboratori Nazionali del Sud.Ο ανιχνευτής KM3NeT/ORCA (Oscillation Research with Cosmics in the Abyss) θα διερευνά τις θεμελιώδεις ιδιότητες των ανιχνευίμενων νετρίνων. Βρίσκεται σε βάθος 2450 μέτρα, περίπου 40 χιλιόμετρα από την ακτή της Toulon στη Γαλλία. Θα περιλαμβάνει 115 μονάδες ανίχνευσης, η καθεμία με ύψος 200 m και απόσταση 20 m μεταξύ τους. Τα δεδομένα που συλλέγονται από τον ανιχνευτή ORCA αποστέλλονται στον παράκτιο σταθμό στο La Seyne Sur Mer.Οι διαστάσεις του KM3NeT, που τελικά περιλαμβάνει όγκο περίπου ενός κυβικού χιλιομέτρου με συνολικά περίπου 200.000 φωτοπολλαπλασιαστές, μαζί με την θέση του στην άβυσσο της Μεσογείου, δείχνει τις τεράστιες προσπάθειες που απαιτούνται για την προώθηση της αστρονομίας των νετρίνων και της σωματιδιακής φυσικής.Η ανίχνευση του νετρίνου με ενέργεια 220 PeV ήταν το αποτέλεσμα μιας τεράστιας συλλογικής προσπάθειας μεταξύ πολλών διεθνών ομάδων μηχανικών, τεχνικών και επιστημόνων (Πιο συγκεκριμένα, η ερευνητική ομάδα KM3NeT συνίσταται πάνω από 360 επιστήμονες, μηχανικούς, τεχνικούς και φοιτητές 68 ιδρυμάτων από 21 χώρες σε όλο τον κόσμο).Το νετρίνο ενέργειας 220 PeV ίσως προέρχεται απευθείας από έναν ισχυρό κοσμικό επιταχυντή. Εναλλακτικά, θα μπορούσε να είναι η πρώτη ανίχνευση ενός κοσμογονικού νετρίνου. Όμως, με βάση αυτό το μεμονωμένο νετρίνο είναι δύσκολο να συμπεράνουμε για την προέλευσή του. Οι μελλοντικές παρατηρήσεις θα επικεντρωθούν στον εντοπισμό περισσότερων τέτοιων γεγονότων για να δημιουργηθεί μια ολοκληρωμένη εικόνα. Η συνεχιζόμενη επέκταση του ανιχνευτή KM3NeT με πρόσθετες μονάδες ανίχνευσης και η απόκτηση πρόσθετων δεδομένων θα βελτιώσει την ευαισθησία του και θα ενισχύσει την ικανότητά του να εντοπίζει κοσμικές πηγές νετρίνων.

Δείτε το σχετικό βίντεο:

 

διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες:
1. KM3NeT PRESS RELEASE – https://www.km3net.org/km3net-detects-the-highest-energy-neutrino-ever-observed/
2. Record-setting neutrino opens ‘new energy window on the universe’ – https://www.science.org/content/article/record-setting-neutrino-opens-new-energy-window-universe

[Δροσος Γεωργιος]

Γιατί τα νετρίνα είναι τόσο ‘αντικοινωνικά’;

Τα νετρίνα κυκλοφορούν παντού στο σύμπαν. Κάθε δευτερόλεπτο, περισσότερα από 6 τρισεκατομμύρια νετρίνα διασχίζουν το φλιτζάνι του καφέ σας. Τα περισσότερα από αυτά προέρχονται από τον ήλιο, αλλά περίπου 30.000 παρήχθησαν στα πρώτα λεπτά της Μεγάλης Έκρηξης και είναι τόσο ‘παλιά’ όσο το ίδιο το σύμπαν. Το μόνο σωματίδιο που ξεπερνά σε αφθονία το νετρίνο είναι τα φωτόνια, τα σωματίδια του φωτός. Όμως, σε αντίθεση με το φως, τα νετρίνα είναι σχεδόν εντελώς αόρατα όχι μόνο στα μάτια μας, αλλά ακόμη και στους πιο ευαίσθητους ανιχνευτές σωματιδίων. Τα νετρίνα δύσκολα σταματάνε. Για να σταματήσετε ένα νετρίνο που παράγεται στον ήλιο, χρειάζεστε μόλυβδο με πάχος όσο ένα έτος φωτός! Διασχίζουν πολύ εύκολα ολόκληρο τον πλανήτη μας και συνεχίζουν την κίνησή τους ευθύγραμμα.Παρόλο που είναι σχεδόν αδύνατο να σταματήσει ένα νετρίνο, η τεράστια αφθονία τους σημαίνει ότι μερικά από αυτά κάθε χρόνο καταγράφονται από έναν ειδικά σχεδιασμένο ανιχνευτή νετρίνων. Οι φυσικοί θέλουν να μελετήσουν τα νετρίνα διότι μεταφέρουν πληροφορίες σχετικά με τον κύκλο ζωής των άστρων, και επιπλέον θα μπορούσαν να εξηγήσουν το γιατί η ύλη νίκησε την αντιύλη στο αρχέγονο σύμπαν. Όμως τα νετρίνα εξακολουθούν να είναι ‘απόμακρα’, που σημαίνει ότι υπάρχουν ακόμα πολλά να μάθουμε γι’ αυτά. 

Γιατί λοιπόν ένα σχεδόν πανταχού παρόν σωματίδιο είναι τόσο αντικοινωνικό; 

Πρώτον, τα νετρίνα έχουν την μικρότερη μάζα σε σύγκριση με κάθε άλλο γνωστό στοιχειώδες σωματίδιο (που διαθέτει μάζα ηρεμίας). Αν όλα τα άλλα σωματίδια ήταν ουρανοξύστες, τότε τα νετρίνα θα είχαν την μάζα των μυρμηγκιών ή κι ακόμη και μικρότερη.Επειδή οι μάζες τους είναι τόσο μικροσκοπικές, είναι απίστευτα σταθερά και δεν διασπώνται αυθόρμητα σε άλλα ανιχνεύσιμα σωματίδια. Τα νετρίνα συμπεριφέρονται παρόμοια με τα φωτόνια, των οποίων η μάζα ηρεμίας ισούται με μηδέν και ταξιδεύουν με την ταχύτητα του φωτός.Τα νετρίνα έχουν μικρή πιθανότητα να αλληλεπιδράσουν με τα υλικά που διαπερνούν. Αλλά ακόμα κι αν τα νετρίνα μπορούσαν να επιβραδύνουν και να αλληλεπιδράσουν με άλλα σωματίδια, θα υπήρχε ένα πολύ μεγαλύτερο πρόβλημα: αλληλεπιδρούν με άλλα σωματίδια μόνο διαμέσου της ασθενούς δύναμης.Η ασθενής δύναμη είναι αυτή που επιτρέπει στα κουάρκ – τα εσωτερικά συστατικά πρωτονίων και νετρονίων – να ανταλλάξουν τις ταυτότητές τους. Αν ένα πάνω (up) κουάρκ μέσα σε πρωτόνιο εκτοξεύσει ένα μποζόνιο W, τo θεμελιώδες σωματίδιο που μεταφέρει την ασθενή δύναμη, το πάνω κουάρκ θα μετατραπεί σε κάτω (down) κουάρκ, εκπέμποντας ένα ηλεκτρόνιο και ένα νετρίνο ως υποπροϊόντα. Έτσι μετασχηματίζεται το πρωτόνιο σε νετρόνιο και αυτός είναι ο τρόπος με τον οποίο στο εσωτερικό των άστρων παράγονται βαρύτερα στοιχεία όπως ήλιο, άνθρακας και οξυγόνο, ξεκινώντας μόνο από το υδρογόνο.  Τα κουάρκ και τα ηλεκτρόνια που εμπλέκονται στην αστρική σύντηξη αλληλεπιδρούν επίσης μεταξύ τους μέσω άλλων δυνάμεων (όπως η ηλεκτρομαγνητική δύναμη, η οποία επιτρέπει στον ήλιο να λάμπει). Όχι όμως τα νετρίνα. Τα νετρίνα είναι τα μόνα σωματίδια που αλληλεπιδρούν αποκλειστικά μέσω της ασθενούς δύναμης. Αυτό σημαίνει ότι έχουν πολύ μικρή πιθανότητα να αλληλεπιδράσεουν.Το πρόβλημα έγκειται στο μποζόνιο W. Τα μποζόνια W έχουν αρκετά μεγάλη μάζα: περίπου 80 φορές μεγαλύτερη από ένα πρωτόνιο. Λόγω της μάζας τους, οι αλληλεπιδράσεις που περιλαμβάνουν τα μποζόνια W συνήθως συμβαίνουν στην ακτίνα ενός μοναδικού πρωτονίου ή νετρονίου. Τα μποζόνια W απαιτούν επίσης πολλή ενέργεια για να παραχθούν, και έτσι οι διεργασίες που περιλαμβάνουν μποζόνια W περιορίζονται συχνά στο κέντρο του ήλιου (πυρηνική σύντηξη) ή στο εσωτερικό ενός ασταθούς ατομικού πυρήνα (πυρηνική διάσπαση). Αυτό είναι καλό για εμάς, γιατί σημαίνει ότι τα άτομα που αποτελούν τα κύτταρά μας είναι εξαιρετικά απίθανο να μεταστοιχειωθούν. Αλλά δεν είναι καλά νέα για τους επιστήμονες που θέλουν να μελετήσουν τα νετρίνα. Για να αλληλεπιδράσει το νετρίνο με κάποιο άλλο σωματίδιο, χρειάζεται ουσιαστικά να εκτελέσει την διαδικασία της πυρηνικής σύντηξης ή της πυρηνικής διάσπασης αντιστρόφως. Αυτό είναι πιο εύκολο να ειπωθεί παρά να πραγματοποιηθεί. Πρώτον, ένα νετρίνο στην πραγματικότητα πρέπει να εισέλθει σε έναν ατομικό πυρήνα για να αλληλεπιδράσει με τα κουάρκ. Αλλά τα άτομα είναι ως επί το πλείστον κενός χώρος και ο πυρήνας είναι απλώς μια μικροσκοπική κουκίδα στο κέντρο. Ένα νετρίνο που σκοντάφτει πάνω σε έναν ατομικό πυρήνα είναι σαν ένα άτομο που βρίσκει ένα χαμένο σκουλαρίκι σε μουσικό φεστιβάλ στο μέγεθος του Γούντστοκ. Ακόμη και στη σπάνια περίπτωση που ένα νετρίνο συναντήσει έναν ατομικό πυρήνα, μπορεί να μην έχει καν αρκετή ενέργεια για να δημιουργήσει και να ανταλλάξει ένα μποζόνιο W. Απλώς θα συνέχιζε το μακρύ και μοναχικό του ταξίδι διαμέσου της Γης, στο ηλιακό σύστημα και στο έρεβος του διαστρικού χώρου.Αυτοί οι περιορισμοί – το μικροσκοπικό μέγεθος του νετρίνου και η «χονδρότητα» του μποζονίου W – σημαίνουν ότι τα νετρίνα σπάνια αλληλεπιδρούν. Όμως, δεν έχουν χαθεί όλα. Ακόμη και με αυτούς τους περιορισμούς, οι επιστήμονες μπορούν να βρουν (και να μελετήσουν) τα νετρίνα κατασκευάζοντας τεράστιους ανιχνευτές νετρίνων και δημιουργώντας ισχυρές και υψηλής ενέργειας δέσμες νετρίνων – όσο πιο μεγάλη ενέρργεια έχει το νετρίνο, τόσο πιο πιθανό είναι να παράξει και να ανταλλάξει ένα μποζόνιο W με έναν ατομικό πυρήνα. Οι φυσικοί αναπτύσσουν επίσης νέες τεχνολογίες που αυξάνουν την ευαισθησία των ανιχνευτών νετρίνων, ώστε όταν συλλάβουν ένα νετρίνο, να μπορούν να ξεκλειδώσουν όλα τα μυστικά που κρύβει για τον σχηματισμό και την εξέλιξη του σύμπαντος.

διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες: Sarah Charley, «Why do neutrinos rarely interact?» – https://www.symmetrymagazine.org/article/why-do-neutrinos-rarely-interact?language_content_entity=und

[Δροσος Γεωργιος]

Τι σχέση έχουν τα νετρίνα με το ευγενές αέριο αργό;

Οι ανιχνευτές που χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση των νετρίνων χρειάζονται δεκάδες χιλιάδες τόνους καθαρού υγρού αργού. Πώς μπορούμε να βρούμε τόσο πολύ αργό;Το αργό είναι ένα ευγενές αέριο, που σημαίνει ότι δεν αντιδρά με άλλα στοιχεία. Είναι ένας βαρύτερος ξάδερφος του ηλίου, αν και δεν κάνει τη φωνή σας αστεία. Το υγρό αργό μοιάζει πολύ με νερό. Είναι διαφανές, και διατηρείται υγρό σε πολύ χαμηλή θερμοκρασία. Πολλοί σύγχρονοι ανιχνευτές νετρίνων χρησιμοποιούν αργό σε υγρή μορφή ως το μέσο αλληλεπίδρασης των νετρίνων. Τα νετρίνα αλληλεπιδρούν σπάνια με την ύλη (διαβάστε σχετικά: Γιατί τα νετρίνα είναι τόσο ‘αντικοινωνικά’; ) – αλλά το σπάνια δεν σημαίνει ποτέ. Αν τα νετρίνα αλληλεπιδράσουν με άτομα αργού θα δημιουργήσουν μια δέσμη σωματιδίων που στη συνέχεια κινούνται στον ανιχνευτή. Κατά την διαδρομή τους αλληλεπιδρούν με ηλεκτρόνια από άλλα άτομα αργού. Χρησιμοποιώντας ισχυρά ηλεκτρικά πεδία, οι επιστήμονες συλλέγουν αυτά τα ηλεκτρόνια και τα χρησιμοποιούν για να προσδιορίσουν την πορεία των σωματιδίων που δημιουργούνται στη σύγκρουση. Στη συνέχεια, μπορούν να χρησιμοποιήσουν αυτές τις τροχιές για να μελετήσουν τις λεπτομέρειες της αλληλεπίδρασης και έτσι να αντλήσουν πληροφορίες για το νετρίνο που σταμάτησε στον ανιχνευτή.Αποδεικνύεται ότι το υγρό αργό είναι τόσο καλό υλικό για τη μελέτη των νετρίνων που οι επιστήμονες της Fermilab το έχουν χρησιμοποιήσει σε πολλούς από τους ανιχνευτές τους. Υπάρχει ο ανιχνευτής MicroBooNE, ο οποίος χρησιμοποιεί 170 τόνους υγρού αργού. Και μετά υπάρχει το SBND και το ICARUS, που χρησιμοποιούν 270 και 760 τόνους, αντίστοιχα.Αλλά αυτοί οι ανιχνευτές είναι πολύ μικροί σε σύγκριση με τον ανιχνευτή DUNE, ο οποίος είναι υπό κατασκευή. Όταν ολοκληρωθεί, ο ανιχνευτής DUNE αναμένεται να χρησιμοποιήσει 70.000 τόνους υγρού αργού. 70.000 τόνοι! Iσοδυναμούν με 50.000 κυβικά μέτρα. Για να δώσουμε μια αίσθηση κλίμακας, αυτός είναι ο όγκος περίπου 110 κλασικών αμερικανικών σπιτιών με 3 υπνοδωμάτια. Πού βρίσκουν οι επιστήμονες τόσο υγρό αργό; Το υγρό αργό είναι ένα προϊόν που διατίθεται στο εμπόριο. Χρησιμοποιείται συνήθως στη βιομηχανία κατασκευής ευαίσθητων ηλεκτρονικών. Όμως το υγρό αργό που διατίθεται στο εμπόριο δεν είναι αρκετά καθαρό για να χρησιμοποιηθεί σε ανιχνευτές νετρίνων.Το αργό αποτελεί περίπου το 1% του αέρα που αναπνέετε κάθε μέρα. Το αργό που διατίθεται στο εμπόριο συλλέγεται από τον αέρα. Το 78% του αέρα είναι άζωτο και το 21% οξυγόνο. Το αργό είναι το μεγαλύτερο μέρος των υπολοίπων, ακολουθούμενο από ίχνη διοξειδίου του άνθρακα, νερό, αιθαλομίχλη και άλλα. Για να φτιάξουν υγρό αργό, οι βιομηχανίες πρώτα παίρνουν αέρα και τον περνούν μέσα από φίλτρα για να τον καθαρίσουν από το νερό, το διοξείδιο του άνθρακα, τη σκόνη και άλλους ρύπους. Στη συνέχεια ψύχουν τον αέρα μέχρι να υγροποιηθεί. Ο υγρός αέρας μοιάζει με το νερό. Στη συνέχεια, χρησιμοποιούν τις ιδιότητες του αζώτου, του οξυγόνου και του αργού για να τα διαχωρίσουν – συγκεκριμένα το γεγονός ότι καθένα από αυτά τα υλικά βράζει σε διαφορετικές θερμοκρασίες. Το οξυγόνο βράζει στους 90 Kelvin, το αργό στους 87 Kelvin και το άζωτο στους 77 Kelvin. Χρησιμοποιείται μέθοδος απόσταξης παρόμοια με την παρασκευή δυνατών ποτών ή των προϊόντων πετρελαίου. Η ποσότητα αέρα που χρειάζεται για την εξαγωγή 70.000 τόνων αργού είναι εντυπωσιακή: απαιτείται η ποσότητα του αέρα που περιέχεται σε έναν κύβο με μήκος πλευράς έξι χιλιομέτρων.Για τους ανιχνευτές νετρίνων απαιτείται αργό με εξαιρετική καθαρότητα. Το αργό που διατίθεται στο εμπόριο είναι καθαρό, με ελάχιστες προσμίξεις, 0,1 μέρη ανά εκατομμύριο. Αυτό σημαίνει σε 70.000 τόνους υγρού αργού, οι συνολικές προσμίξεις είναι περίπου 7 κιλά. Αρκεί αυτή η καθαρότητα στους ανιχνευτές νετρίνων; Γιατί καθαρότητα έχει τελικά σημασία; Προκειμένου το υγρό αργό να είναι ένα καλό υλικό για χρήση σε μια εγκατάσταση τόσο μεγάλη όσο ο ανιχνευτής DUNE, θα πρέπει τα ηλεκτρόνια να μπορούν να διανύσουν αρκετά μέτρα. Αυτό συμβαίνει γιατί το σημείο όπου θα αλληλεπιδράσει ένα νετρίνο μπορεί να είναι αρκετά μέτρα μακριά από τα ηλεκτρονικά που ανιχνεύουν το σήμα. Τα ηλεκτρόνια που κινούνται μέσα στο υγρό αργό είναι σαν τα φωτόνια που κινούνται μέσα σε γυαλί. Αν το γυαλί είναι έστω και ελαφρώς θολό, δεν θα μπορούμε μέσα από αυτό πολύ μακριά. Θέλουμε το γυαλί να είναι διαφανές. Για να είναι καλός ανιχνευτής νετρίνων, το υγρό αργό πρέπει να είναι διαφανές στα ηλεκτρόνια που κινούνται μέσα από αυτό. Και οι προσμίξεις κάνουν κακό στη διαφάνεια του αργού.Ο πιο κοινός ρύπος στο υγρό αργό είναι το οξυγόνο και το οξυγόνο αλληλεπιδρά εύκολα με τα ηλεκτρόνια. Μόνο λίγο οξυγόνο μπορεί να καταστήσει αδύνατη την κίνηση των ηλεκτρονίων. Αν κατασκευάζατε έναν ανιχνευτή χρησιμοποιώντας το υγρό αργό που διατίθεται στο εμπόριο, τα ηλεκτρόνια θα μπορούσαν να ταξιδέψουν περίπου δύο χιλιοστά μόνο. Και οι φυσικοί χρειάζονται κάτι περισσότερο από αρκετά μέτρα. Ο ανιχνευτής νετρίνων χρειάζονται υγρό αργό με καθαρότητα πάνω από δέκα μέρη ανά τρισεκατομμύριο – ή τουλάχιστον αρκετές χιλιάδες φορές πιο καθαρό από αυτό του εμπορίου. Το να φτάσουμε σ’ αυτό το επίπεδο καθαρότητας είναι δύσκολο, όχι όμως αδύνατο. Βασίζεται στο γεγονός ότι το οξυγόνο αντιδρά πολύ εύκολα. Όταν το αργό ρέει μέσα από από μέταλλα, π.χ. χαλκό, το μέταλλο ‘αρπάζει’ το οξυγόνο και αφήνοντας το αργό μόνο του. Μια καθαρότητα δέκα μερών ανά τρισεκατομμύριο σημαίνει ότι σε 70 χιλιάδες τόνους αργού περιέχεται περίπου ένα γραμμάριο προσμίξεων.

Για περισσότερες λεπτομέρειες παρακολουθείστε το βίντεο που ακολουθεί με τον Dοn Lincoln από το Fermilab:

 

 

Το επεξεργάστηκε Φεβρουάριος 24 ο Δροσος Γεωργιος

[Δροσος Γεωργιος]

Τα στείρα νετρίνα παραμένουν ασύλληπτα.

Μια σύγκριση των νετρίνων που μετρήθηκαν σε απόσταση 1 km και 810 km από την πηγή τους δεν βρήκε στοιχεία γεύσης τέταρτου νετρίνου.Αν και η ηλεκτροασθενής αλληλεπίδραση φαίνεται να απαιτεί ακριβώς τρεις γεύσεις νετρίνων, μια τέταρτη γεύση ή και περισσότερες, είναι αποδεκτές με την προϋπόθεση ότι είναι «στείρες»: δηλαδή, να αλληλεπιδρούν μόνο διαμέσου της βαρύτητας. Όπως και οι άλλες γεύσεις, τα στείρα νετρίνα αναμένεται να συμμετέχουν στην ταλάντωση των νετρίνων, την μετατροπή μιας γεύσης σε άλλη. Υποψίες ανίχνευσης στείρων νετρίνων έχουν εμφανιστεί σε πειράματα και γι αυτό παραμένουν στο παιχνίδι ως πιθανό σωματίδιο της μυστηριώδους σκοτεινής ύλης. Oι φυσικοί του πειράματος NOvA ανέφεραν τα αποτελέσματα της τελευταίας τους αναζήτησης όσον αφορά τα στοιχεία ότι τα νετρίνα μιονίων μεταμορφώνονται όχι μόνο σε νετρίνα ηλεκτρονίων, όπως αναμένεται από το Καθιερωμένο Πρότυπο των στοιχειωδών σωματιδίων, αλλά και σε μια τέταρτη «στείρα» γεύση νετρίνων.Το πείραμα NOvA πραγματοποιείται στο Ιλλινόις, στο εργαστήριο Fermilab. Εκεί, βομβαρδίζοντας με πρωτόνια έναν στόχο άνθρακα, προκύπτει μια ροή νετρίνων του μιονίου, μερικά από τα οποία, αφού διανύσουν απόσταση ενός χιλιομέτρου, φτάνουν σε έναν ανιχνευτή που βρίσκεται στο Fermilab και άλλα διανύοντας απόσταση 810 χιλιόμετρα φτάνουν σε έναν δεύτερο ανιχνευτή στην βόρεια Μινεσότα. Το συμπέρασμα της πιθανής παρουσίας στείρων νετρίνων συνεπαγόταν την ενσωμάτωσή τους στη μαθηματική περιγραφή της ταλάντωσης των νετρίνων. Αυτή η περιγραφή προβλέπει πώς οι ταλαντώσεις μπορεί να αλλάξουν τη ροή των νετρίνων του μιονίου, τα οποία μπορούν να εξαφανιστούν από τη δέσμη διαμέσου ταλάντωσης νετρίνων ή άλλων διεργασιών.Η ερευνητική ομάδα NOvA δεν βρήκε στοιχεία που να αποδεικνύουν ότι η εισαγωγή του στείρου νετρίνου, παρείχε καλύτερη συμφωνία με τα δεδομένα τους από το καθιερωμένο πρότυπο των τριών «ενεργών» γεύσεων ή των τριών τύπων νετρίνων – νετρίνα του ηλεκτρονίου (νe), νετρίνα του μιονίου (νμ) και νετρίνα του ταυ (ντ). Τα αποτελέσματά τους ενώ συμφωνούν με τα αντίστοιχα συμπεράσματα του πειράματος IceCube (διαβάστε σχετικά: Δεν υπάρχει «στείρο» νετρίνο στα δεδομένα του ανιχνευτή IceCube)

https://physicsgg.me/2020/10/02/δεν-υπάρχει-στείρο-sterile-νετρίνο/

, έρχονται σε αντίθεση με τα αποτελέσματα των πειραμάτων LSND και MiniBooNE 

https://physicsgg.me/2018/06/01/ενδείξεις-για-την-ύπαρξη-του-στείρου-ν/

που είχαν εντοπίσει κάποιες ενδείξεις στείρων νετρίνων.

πηγή: https://physics.aps.org/articles/v18/s30

[Δροσος Γεωργιος]

Το πείραμα AMoRE.

Ορισμένα μεγάλα πειράματα φυσικής προσπαθούν να ανιχνεύσουν μια πυρηνική διαδικασία γνωστή ως διπλή διάσπαση βήτα χωρίς νετρίνα, η οποία για συντομία συμβολίζεται με 0νββ. Αυτό επιδιώκει και το πείραμα AMoRE (Advanced Mo-based Rare process Experiment), το οποίο μέχρι στιγμής έθεσε νέα όρια στην πιθανή διπλή διάσπαση βήτα χωρίς νετρίνα του πυρήνα μολυβδαίνιο-100 (100Mo), αλλά και στην μάζα του νετρίνου Majorana.

Τι είναι η διπλή διάσπαση βήτα χωρίς νετρίνα;

α) Υπάρχει η απλή διάσπαση βήτα (ή εκπομπή ραδιενέργειας βήτα), μια διαδικασία κατά την οποία στο εσωτερικό του πυρήνα ένα νετρόνιο μετατρέπεται σε πρωτόνιο εκπέμποντας ένα ηλεκτρόνιο και ένα αντι-νετρίνο του ηλεκτρονίου:  ή ένα πρωτόνιο μετατρέπεται σε νετρόνιο εκπέμποντας ένα ποζιτρόνιο και ένα νετρίνο του ηλεκτρονίου: 
β) Υπάρχει η κοινή διπλή βήτα διάσπαση, κατά την οποία δυο νετρόνια στον πυρήνα μετατρέπονται σε δυο πρωτόνια και ταυτόχρονα παράγονται δυο ηλεκτρόνια και δυο αντινετρίνα του ηλεκτρονίου, η οποία έχει παρατηρηθεί στο εργαστήριο.
γ) Θεωρητικά (τουλάχιστον) υπάρχει και η διπλή διάσπαση βήτα χωρίς την εκπομπή νετρίνων (0νββ), κατά την οποία δυο νετρόνια μετατρέπονται σε πρωτόνια και τα μόνα εκπεμπόμενα προϊόντα είναι δυο ηλεκτρόνια. Αν το νετρίνο είναι σωματίδιο Majorana (το νετρίνο ταυτίζεται με το αντισωματίδιό του), τότε η θεωρία δεν απαγορεύει την διπλή διάσπαση βήτα χωρίς την εκπομπή νετρίνων.Η ανίχνευση της 0νββ θα έδινε επιπλέον ενδιαφέρουσες πληροφορίες σχετικά με τις μάζες των νετρίνων – οι φυσικοί γνωρίζουν ότι τα νετρίνα έχουν μάζες, αλλά όχι ποιές ακριβώς είναι οι μάζες των διαφόρων τύπων των νετρίνων. Και θα επιβεβαίωνε ότι τα νετρίνα και τα αντισωματίδια τους (δηλαδή, τα αντινετρίνα) είναι στην πραγματικότητα ταυτόζονται, μια υπόθεση που εισήχθη για πρώτη φορά από τον θεωρητικό φυσικό Ettore Majorana το 1937.Οι φυσικοί αναζητούν στοιχεία της διπλής βήτα διάσπασης χωρίς νετρίνα για περισσότερες από επτά δεκαετίες, χρησιμοποιώντας πυρήνες από το ασβέστιο-48 μέχρι το νεοδύμιο-150.Το πείραμα AMoRE ερεύνησε κρυστάλλους που περιείχαν 3 κιλά μολυβδαίνιο-100 στο υπόγειο εργαστήριο Yangyang στη Νότια Κορέα. Για πάνω από δύο χρόνια, μετρούσε τις ενέργειες των ηλεκτρονίων που εκπέμπονταν από τη διάσπαση των πυρήνων 100Mo. Σε σύγκριση με τα ηλεκτρόνια που εκπέμπονται από την κανονική διπλή διάσπαση βήτα, αυτά που εκπέμπονται από την διαδικασία χωρίς νετρίνια θα πρέπει να έχουν πρόσθετη συνολική ενέργεια, ίση με αυτή των νετρίνων που λείπουν. Η ερευνητική ομάδα διαπίστωσε ότι όλες οι μετρήσεις ήταν σύμφωνες με την κανονική διπλή διάσπαση βήτα. Έτσι τέθηκε ένα κατώτερο όριο στον χρόνο ημιζωής της διαδικασίας 0νββ χωρίς νετρίνα. Υπολόγισαν ότι θα χρειαζόταν τουλάχιστον 2,9×1024 χρόνια για να διασπαστούν τα μισά άτομα του μολυβδαινίου διαμέσου της διαδικασίας 0νββ. Αν και αυτός ο χρόνος ημιζωής είναι 200 τρισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερος από την ηλικία του σύμπαντος, το πείραμα AMoRE ελπίζει ότι η διάσπαση θα επιβεβαιωθεί από μια αναβαθμισμένη έκδοση του πειράματος, το οποίο θα χρησιμοποιεί 100 κιλά μολυβδαίνιο-100 και θα διαρκέσει πέντε χρόνια.

Διάγραμμα Feynman για την διπλή βήτα διάσπαση χωρίς εκπομπή νετρίνων, κατά την οποία δυο νετρόνια μετατρέπονται σε πρωτόνια. Τα μόνα εκπεμπόμενα προϊόντα είναι δυο ηλεκτρόνια, τα οποία μπορούν να προκύψουν αν το νετρίνο και το αντινετρίνο είναι το ίδιο σωματίδιο (νετρίνο Majorana), έτσι ώστε το ίδιο νετρίνο να μπορεί να εκπεμφθεί και να απορροφηθεί από τον πυρήνα.

Σύμφωνα με την δημοσίευση του πειράματος AMoRE το κάτω όριο στον χρόνο ημιζωής της διάσπασης 0νββ του μολυβδαίνιου-100 είναι Τ1/2=2,9×1024έτη, ενώ το εκτιμώμενο εύρος μάζας του νετρίνου Majorana είναι 210 έως 610 meV.

πηγές:
1. Search Continues for Neutrinoless Decay – https://physics.aps.org/articles/v18/s21
2. Improved Limit on Neutrinoless Double Beta Decay of 100Mo from AMoRE-I – https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.082501
3. Η διάσπαση β και η διπλή διάσπαση β χωρίς νετρίνα

[Δροσος Γεωργιος]

Η αβάσταχτη ελαφρότητα των νετρίνων.

Μίκρυνε κι άλλο το μέγιστο όριο στη μάζα των νετρίνων. Σύμφωνα με τις τελευταίες μετρήσεις του πειράματος KATRIN η μάζα του νετρίνου δεν υπερβαίνει τα 0,45 ηλεκτρονιοβόλτ (eV)Χρησιμοποιώντας έναν μεταλλικό θάλαμο 200 τόνων, που μοιάζει να βγαίνει από την κλασική ταινία επιστημονικής φαντασίας Metropolis του Fritz Lang, οι 149 φυσικοί του πειράματος Karlsruhe Tritium Neutrino (KATRIN) στη Γερμανία, προσπάθησαν να μετρήσουν την μάζα του νετρίνου, του ελαφρύτερου και πιο φευγαλέου σωματιδίου ύλης – και ανακάλυψαν ότι είναι πολύ μικρή για να μετρηθεί.

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adq9592

Το KATRIN δείχνει ότι το νετρίνο πρέπει να έχει μάζα μικροτερη από 0,45 ηλεκτρονβολτ (eV).Επομένως, το νετρίνο είναι πάνω από ένα εκατομμύριο φορές ελαφρύτερο από το επόμενο ελαφρύτερο στοιχειώδες σωματίδιο, το ηλεκτρόνιο (η μάζα του ηλεκτρονίου είναι 511.000 eV περίπου). Το νετρίνο φαίνεται πως είναι πολύ ελαφρύ για να ζυγιστεί – και αυτό είναι παραδόξως συναρπαστικό.

 ●Τα νετρίνα είναι ηλεκτρικά ουδέτερα σωματίδια με πολύ μικρή μάζα και ανήκουν στην κατηγορία των λεπτονίων. Νετρίνα, εκτός από το κοσμικό υπόβαθρο νετρίνων της Μεγάλης Έκρηξης, δημιουργούνται συνεχώς διαμέσου των πυρηνικών αντιδράσεων σύντηξης στο εσωτερικό άστρων όπως ο ήλιος, κατά την έκρηξη των σουπερνόβα, στις αντιδράσεις των πυρηνικών εργοστασίων και κατά τη διάρκεια των φυσικών ραδιενεργών διασπάσεων. Στο εσωτερικό του σώματός μας σε κάθε δευτερόλεπτο απελευθερώνονται περίπου 5000 νετρίνα εξαιτίας των ραδιενεργών διασπάσεων του καλίου. Τα νετρίνα καταλαμβάνουν τη δεύτερη θέση, όσον αφορά τον αριθμό σωματιδίων σε ολόκληρο το σύμπαν, μετά τα σωματίδια του φωτός τα φωτόνια, που καταλαμβάνουν την πρώτη θέση. Αλληλεπιδρούν με την ύλη πολύ σπάνια, μόνο διαμέσου των ασθενών δυνάμεων και για τον λόγο αυτό μπορούν να διασχίσουν ανεπηρέαστα ανθρώπους, τοίχους, ακόμη και πλανήτες ολόκληρους. Γι αυτό η ανίχνευσή τους είναι πολύ δύσκολη.
●Το γεγονός ότι τα νετρίνα έχουν μάζα προκύπτει από την ανακάλυψη των ταλαντώσεών τους το 1998 – μια αλλαγή της «γεύσης» τους, που είναι δυνατή μόνο εφόσον η μάζα τους δεν είναι μηδενική.

https://physicsgg.me/2015/10/09/η-αποκάλυψη-των-ταλαντώσεων-των-νετρί/

Σύμφωνα με τη σχετικότητα, τα νετρίνα χωρίς μάζα θα έπρεπε να κινούνται με την ταχύτητα φωτός, πράγμα που θα σήμαινε ότι γι’ αυτά ο χρόνος θα σταματούσε και η αλλαγή θα ήταν αδύνατη.Από μόνο της, η εκτίμηση mν< 0,45eV δεν προκαλεί έκπληξη, καθώς τα συμπεράσματα από την κοσμολογία, όπως η κατανομή των γαλαξιών, δείχνουν ήδη ότι το νετρίνο πρέπει να είναι περίπου 10 φορές ελαφρύτερο. Ωστόσο, σύμφωνα με τους φυσικούς τα κοσμολογικά όρια είναι λιγότερο αξιόπιστα, καθιστώντας τα όρια του KATRIN στη μάζα του νετρίνου ακόμη πιο πολύτιμα.Η μέτρηση της μάζας του νετρίνου δεν είναι εύκολη υπόθεση. Η τωρινή μέθοδος μέτρησης προέρχεται από μια πρόταση του 1934 του Enrico Fermi που εκμεταλλεύεται την ραδιενεργή διαδικασία που ονομάζεται πυρηνική διάσπαση βήτα. Σε αυτή τη διάσπαση (συγκεκριμένα στην β–) ένα νετρόνιο μετατρέπεται σε πρωτόνιο, απελευθερώνοντας ένα ηλεκτρόνιο και έναν τύπο νετρίνου που ονομάζεται αντινετρίνο: . Αν το νετρίνο έχει μάζα, θα λάβει μέρος της ενέργειας που απελευθερώνεται από τη διάσπαση, περιορίζοντας τη μέγιστη ενέργεια του εκπεμπόμενου ηλεκτρονίου.Αυτό το φαινόμενο θα πρέπει να επιδρά την ουρά της υψηλής ενέργειας του φάσματος ηλεκτρονίων, δίνοντας έτσι έναν τρόπο προσδιορισμού της μάζας των νετρίνων.Στο πείραμα KATRIN χρησιμοποιούνται: μια ισχυρή πηγή ραδιενέργειας βήτα από το ισότοπο του υδρογόνου τρίτιο (), ένα γιγάντιο φασματόμετρο σε σχήμα αερόπλοιου με εξαιρετική ανάλυση της ενέργειας ηλεκτρονίων και οι κατάλληλες ρυθμίσεις για την μείωση των ανεπιθύμητων γεγονότων υποβάθρου.Πριν ξεκινήσει το πείραμα KATRIN το 2019, η καλύτερη εκτίμηση από πείραμα τριτίου έδειχνε ότι το νετρίνο του ηλεκτρονίου είχε μάζα μικρότερη από 2 eV. Τώρα, η μελέτη 16 εκατομμυρίων ηλεκτρονίων που συλλέχθηκαν σε 3 χρόνια από το KATRIN, μείωσε αυτό το όριο πάνω από τέσσερις φορές.Εν τω μεταξύ οι κοσμολόγοι προσδιορίζουν ένα πολύ χαμηλότερο όριο. Σύμφωνα με τα πρόσφατα δεδομένα από το Φασματοσκόπιο Σκοτεινής Ενέργειας (DESI), το άθροισμα των μαζών των τριών τύπων νετρίνων περιορίζεται σε λιγότερο από 0,064 eV. Το ανώτερο όριο του DESI κινδυνεύει να πέσει κάτω από το όριο που προκύπτει από τις μετρήσεις των ταλαντώσεων νετρίνων, 0,058 eV. Κι αυτό μπορεί να είναι μια ένδειξη ότι το Καθιερωμένο Κοσμολογικό Πρότυπο, γνωστό ως Λ-CDM, δεν είναι σωστό. Αυτό ενισχύεται και από άλλα στοιχεία που δημοσίευσε η ομάδα DESI τον περασμένο μήνα π.χ. ότι, η σκοτεινή ενέργεια εξασθενεί με την πάροδο του χρόνου.Γι αυτό οι φυσικοί του πειράματος KATRIN συμβουλεύουν τους κοσμολόγους να χρησιμοποιούν το όριο μάζας των νετρίνων που καθορίζει το πείραμά τους ώστε να καθοδηγήσουν την αναζήτησή τους προς καλύτερα θεωρητικά μοντέλα.

Καλλιτεχνική αναπαράσταση του πειράματος KATRIN. Τα ισότοπα τριτίου υφίστανται βήτα διάσπαση και εκπέμποντας ηλεκτρόνια και νετρίνα. Στη συνέχεια, τα ηλεκτρόνια μεταφέρονται σε ένα τεράστιο φασματόμετρο που καταγράφει το ενεργειακό τους φάσμα. Το σχήμα αυτού του φάσματος εξαρτάται από τη μάζα των νετρίνων

πηγές:
1. The neutrino remains too light to be weighed, and that’s oddly exciting – https://www.science.org/content/article/neutrino-remains-too-light-be-weighed-and-s-oddly-exciting
2. Μίκρυνε το μέγιστο όριο στη μάζα των νετρίνων
3. Direct neutrino-mass measurement based on 259 days of KATRIN data – https://arxiv.org/abs/2406.13516