На станици Јужни пол Амундсен-Сцотт на Антарктику налази се опсерваторија Неутрино ИцеЦубе - постројење посвећено проучавању елементарних честица познатих као неутрино. Овај низ састоји се од 5.160 сферних оптичких сензора - дигиталних оптичких модула (ДОМ) - укопаних унутар кубног километра чистог леда. Тренутно је ова опсерваторија највећи неутрински детектор на свету и провела је протеклих седам година проучавајући како се ове честице понашају и делују.
Најновија студија објављена у сарадњи са компанијом ИцеЦубе, уз помоћ физичара са Државног универзитета у Пенсилванији, мере први пут способност Земље да блокира неутрине. У складу са Стандардним моделом физике честица, утврдили су да док трилији неутрина редовно пролазе кроз Земљу (и нас), неки ју повремено зауставе.
Студија под називом „Мерење мулти-ТеВ неутриног пресека интеракције са леденом коцком помоћу апсорпције земље“ недавно се појавила у научном часопису Природа. Резултати истраживачког тима заснивали су се на посматрању 10 874 интеракција високих енергија који се крећу према горе у неутрину, а који су током једне године забележени у опсерваторију.
Још 2013. године, прва детекција високоенергетских неутрина извршена је сарадњом ИцеЦубе-а. Ови неутрини - за које се веровало да су астрофизичког порекла - били су у распону пета-електронских волти, што их чини неутрином с највећом енергијом откривеним до сада. ИцеЦубе тражи знакове ових интеракција тражећи Цхеренков зрачење, које настаје након што се брзо наелектрисане честице успоравају интеракцијом са нормалном материјом.
Откривањем неутрина који су у интеракцији са чистим ледом, ИцеЦубе инструменти су могли да процене енергију и смер кретања неутрина. Упркос тим детекцијама, међутим, остала је мистерија око тога да ли би нека врста материје могла зауставити неутрин док путује кроз свемир. У складу са Стандардним моделом физике честица, то би се требало повремено догодити.
Након посматрања интеракција у ИцеЦубе-у током годину дана, научни тим је открио да су неутрини који су морали да путују најдаље кроз Земљу мање вероватни да ће стићи до детектора. Као што је Доуг Цовен, професор физике и астрономије / астрофизике у држави Пенн, објаснио у саопштењу Пенн Стате-а:
„Ово достигнуће је важно јер по први пут показује да се високо-енергетски неутрини могу апсорбовати нечим - у овом случају Земљом. Знали смо да неутрини ниже енергије пролазе кроз готово све, али иако смо очекивали да ће неутрини с вишом енергијом бити другачији, ниједан претходни експеримент није успео да убедљиво покаже да неутринове више енергије може зауставити било шта. “
Постојање неутрина први је пут предложио 1930. године теоријски физичар Волфганг Паули, који је постулирао њихово постојање као начин објашњења бета распада у смислу закона о очувању енергије. Названи су тако јер су електрично неутрални, а материју делују само врло слабо - тј. Путем слабе субатомске силе и гравитације. Због тога неутрини редовно пролазе кроз нормалну материју.
Док неутринове звезде и нуклеарни реактори редовно производе овде на Земљи, први неутрини су настали током Великог праска. Проучавање њихове интеракције са нормалном материјом може нам стога рећи много о томе како се Универзум развијао током милијарди година. Многи научници претпостављају да ће истраживање неутрина указати на постојање нове физике, оне која превазилази стандардни модел.
Због тога је научни тим био помало изненађен (а можда и разочаран) њиховим резултатима. Како је објаснио Францис Халзен - главни истраживач Неутрино опсерваторија ИцеЦубе и професор физике на Универзитету Висцонсин-Мадисон -
„Разумевање интеракције неутрина је кључно за рад ИцеЦубе-а. Надали смо се наравно да ће се појавити нека нова физика, али нажалост налазимо да стандардни модел, као и обично, подноси тест.
За највећи део, неутрини одабрани за ово истраживање били су више од милион пута енергичнији од оних које производе наше Сунце или нуклеарне електране. Анализа је такође укључивала неке који су били астрофизичке природе - тј. Произведени изван Земљине атмосфере - и можда су убрзани према Земљи супермасивне црне рупе (СМБХ).
Даррен Грант, професор физике на Универзитету Алберта, такође је портпарол ИцеЦубе сарадње. Како је рекао, ова последња студија интеракције отвара врата за будућа неутринска истраживања. "Неутринови имају прилично добро заслужену репутацију да су нас изненадили својим понашањем", рекао је. „Невероватно је узбудљиво видети ово прво мерење и потенцијал који има за будуће тестове прецизности.“
Ова студија није обезбедила само прво мерење Земљине апсорпције неутрина, већ нуди и могућности геофизичким истраживачима који се надају да ће користити неутрине за истраживање Земљине унутрашњости. С обзиром да је Земља способна да заустави неке од милијарди високоенергетских честица које рутински пролазе кроз њу, научници би могли да развију методу за проучавање Земљине унутрашње и спољашње језгре, постављајући тачнија ограничења на њихове величине и густине.
Такође показује да је опсерваторија ИцеЦубе способна да досегне свој изворни циљ, а то је било истраживање физике честица и проучавање неутрина. Као што ово последње истраживање јасно показује, оно може да допринесе и истраживању планетарних наука и нуклеарној физици. Физичари се такође надају да ће користити цео низ ИцеЦубе од 86 жица за вршење вишегодишње анализе, испитујући још веће опсеге неутринских енергија.
Као што је Јамес Вхитморе - програмски директор у одељењу за физику Националне фондације за науку (који пружа подршку ИцеЦубе-у), то би им могло омогућити да заиста потраже физику која надилази стандардни модел.
„ИцеЦубе је направљен како за истраживање граница физике, тако да евентуално доводи у питање постојеће перцепције природе универзума. Овај нови налаз и други који тек долазе су у том духу научног открића. "
Откако су открили Хиггсов бозон 2012. године, физичари су били сигурни у сазнање да је дуг пут за потврду Стандардног модела сада завршен. Од тада су поставили своје комплете даље, надајући се да ће пронаћи нову физику која би могла разрешити неке дубље мистерије Универзума - тј. Суперсиметрију, теорију свега (ТоЕ) итд.
Ово, као и проучавање рада физике на највишим нивоима енергије (слично онима које су постојале током Великог праска), је тренутна преокупација физичара. Ако буду успешни, можда ћемо тек схватити како функционише ова огромна ствар позната као Универзум.
