Pomocí podvodního teleskopu ve Středozemním moři vědci objevili kosmické neutrino s nebývale vysokou energií. Co to znamená pro vědu?
Neutrina patří mezi nejzáhadnější elementární částice: nemají elektrický náboj a téměř žádnou hmotnost. Jsou také zvláštními kosmickými posly, kteří mohou odhalit tajemství nejenergetičtějších jevů ve vesmíru.
Přestože jsou neutrina po fotonech druhou nejběžnější částicí ve vesmíru, jsou také velmi obtížně detekovatelná kvůli své slabé interakci s hmotou. Jak ale tyto přízračné částice z vesmíru rozpoznat?
Vědci na lovu částic
Právě zde vstupuje do hry neutrinový teleskop KM3NeT. Tato observatoř se skládá ze dvou detektorů, ARCA u Sicílie a ORCA u Toulonu ve Francii – v hloubce 3 450 metrů. Hojná mořská voda slouží jako objem detektoru, přičemž fyzikálně dochází k následujícímu:
Pokud kosmické neutrino reaguje s atomovými jádry mořské vody, mohou vznikat miony. Miony jsou těžší než elektrony, ale nesou také jeden záporný náboj. Mion při této reakci získá tolik kinetické energie, že při průletu mořskou vodou vytvoří kužel světla. Toto takzvané Čerenkovovo světlo, případně Čerenkovovo záření, je srovnatelné se sonickým třeskem, který vydává proudové letadlo.
Neutrinový teleskop se skládá z 230 paralelních strun, na nichž je jako šňůra perel seřazeno 18 optických modulů. Každý modul obsahuje 31 tzv. fotonásobičů, které zachycují a zesilují slabé světlo ze všech směrů – včetně světla produkovaného kosmickými neutriny.
Nadpřirozeně vysoká energie
Pomocí KM3NeT mohou astronomové neutrina nejen detekovat, ale také hlouběji zkoumat. Díky tomu se daří měřit dříve nelidsky vysoké energie – například částice naměřená 13. února 2023 s energií přibližně 220 petaelektronvoltů (PeV).
Jeden PeV odpovídá 1 015 nebo jednomu kvadrilionu elektronvoltů. Tato energie je 16 000krát větší než nejsilnější srážka částic, kterou se vědcům dosud podařilo na Zemi vytvořit.
„Tato první detekce neutrina v oblasti stovek PeV otevírá novou kapitolu v neutrinové astronomii,“ říká Paschal Coyle, vědecký pracovník francouzského Národního ústavu jaderné a částicové fyziky.
Odkud pochází rekordní neutrino?
Hlavní otázkou však je, odkud se vysokoenergetické částice berou. „Kombinací s dalšími teleskopy se snažíme zjistit souvislost mezi urychlováním kosmického záření, produkcí neutrin a rolí supermasivních černých děr,“ vysvětluje Yuri Kovalev z Institutu Maxe Plancka pro radioastronomii.
Kromě černých děr jsou možnými silnými urychlovači kosmických částic také exploze hvězd, tzv. supernovy. Vysokoenergetické neutrino, které bylo nyní naměřeno, by mohlo pocházet přímo z takového urychlovače, nebo by mohlo být prvním důkazem kosmogenního neutrina.
Kosmogenní neutrina by mohla vzniknout, když jiné kosmické částice reagují se slabým světlem kosmického pozadí a generují extrémně energetická neutrina. Protože zde však byla naměřena pouze jediná událost o energii stovek PeV, zůstává její původ nejistý. Aby vědci zjistili více, musí vylovit z vody více takových událostí.
„Určení směru a energie tohoto neutrina vyžadovalo přesnou kalibraci teleskopu. Současné detekce bylo dosaženo s pouhou desetinou konečné konfigurace detektoru, což ukazuje velký potenciál experimentu a pro neutrinovou astronomii,“ uzavírá fyzik KM3NeT Aart Heijboer. Původ neutrina zatím zůstává nejasný.
(S využitím materiálů MPI)
–etg–
.jpg){kind=link}