OTKRIVEN IZVOR NEUTRINO ‘NEVIDLJIVE ČESTICE’: U projektu kojim bi mogli nadzirati nuklearno oružje sudjelovala i grupa hrvatskih znanstvenika

icecube.wisc.edu
Vrhunsko otkriće astrofizike – otkriven izvor subatomske čestice neutrina čija bi primjena mogla zauvijek promijeniti način globalne komunikacije i proučavanja svemira. Nova neutrino nevidljiva čestica omogućuje nadzor nad primjenom nuklearnog oružja i mogla bi biti ključ za otkrivanje zaliha nafte i minerala. U globalnom kolaborativnom projektu sudjelovala je i grupa hrvatskih znanstvenika.

Zamislite da u rukama držite ključ novog instrumenta za nadziranje nuklearne proliferacije i poštivanja Pakta o neširenju nuklearnog oružja, emitiranja poruka na drugu stranu svijeta kroz Zemlju umjesto oko nje, otkrivanja vrijednih minerala i nafte i razumijevanja tamne materije. Zvuči impresivno, zar ne? Upravo ovo postigli su znanstvenici na Antarktici pomoću IceCube detektora u okviru kolaboracije MAGIC, suradnje koja je okupila 300 znanstvenika iz čak 49 institucija diljem svijeta, a projektu je doprinijela i grupa hrvatskih znanstvenika sa Sveučilišta u Rijeci, Splitu, Zagrebu i Instituta Ruđer Bošković.

Razriješen je misterij galaksija sa supermasivnim crnim rupama poznatim kao blazar, a odsad će biti moguća opservacija i praćenje neutrina do samog izvora te eksplikacija nastanka enigmatičkih kozmičkih zraka. Blazari su vrsta aktivne galaksije, a jedna od njezinih zraka uperena je direktno u nas. Blazar emitira i neutrine i gama zrake koje je moguće detektirati pomoću IceCube opservatora za neutrine i drugim teleskopima. Prvi put znanstvenici su bili u mogućnosti pratiti neutrino nevidljivu  kozmičku česticu do galaksije koja se nalazi u konstelaciji lijevo od Orionovog remena i procjenjuje se da je od Zemlje udaljena 4 milijarde svjetlosnih godina.  Visoko energetska čestica pronađena je u Arktičkom ledu pomoću IceCube detektora, a prema sugestijama istraživača, do Zemlje je putovala 3,7 milijardi svjetlosnih godina. Na neutrine se referiramo kao na duhovne jer su prozirni ivi, a od drugih čestica ih diferencira karakteristika da mogu proći kroz bilo koju tvar bez promjene, stoga su u mogućnosti putovati kroz najekstremnije objekte, poput zvijezda i čitavih galaksija bez i aproksimativnih transformacija.

icecube.wisc.edu

Zašto su neutrini pragmatički interesantni?

Prvo i osnovno, pomažu nam odgovoriti na tisućljetna pitanja, poput onog kako je nastala Zemlja. Naime, Supernova je predominantno neutrino fenomen, budući da su neutrini jedine čestice koje mogu penetrirati kroz vrlo gust materijal koji proizvodi kolizija zvijezda. Moguće je, također, da se velika frakcija tamne materije univerzuma sastoji od primarnih neutrina Velikog praska.

Drugo, neutrini nastaju iz radijacije, stoga ih je moguće upotrijebiti za nadziranje zemalja koje sudjeluju u Paktu o neširenju nuklearnog oružja. Uz to, neutrini često mijenjaju način okretanja ovisno o tome koliko su daleko putovali i kroz koliko su tvari prošli, stoga je pomoću analize načina na koji snop neutrina prolazi kroz Zemlju moguće otkriti gdje se nalaze naslage vrijednih minerala. Ubrzat će već gotovo instantnu komunikaciju, budući da je moguće u njih enkodirati poruku pomoću binarnog koda. Konačno, neutrini su karika koja je nedostajala u razumijevanju tamne materije.

Detektiranje neutrina

Kozmičke zrake sačinjavaju protoni ili atomski nuklei, a u našoj ih je atmosferi 1912. godine otkrio Victor Hess i determinirao da ionizirajuće čestice dolaze iz svemira. Znanstvenici su spekulirali da što god ih generira ima tako moćnu akceleraciju da uvelike zasjenjuje sposobnosti Large Hadron Collidera (CERN) blizu Ženove, Švicarska. S obzirom da su kozmičke zrake konstituirane od naelektriziranih čestica, nemoguće je pratiti njihove puteve do izvora jer magnetna polja utječu na promjenu putanja. Čini se da se zagonetka krije u neutrinima, oni naime nemaju naboja i magnetska polja na njih nemaju efekta, a sadržavaju jedinstvene informacije o potpisu blazara. Sada znamo da je izvor velika eliptična galaksija s dvije struje koje emitiraju svijetlost i čestice kretanjem aproksimativnim brzini svijetla na osima rotacije crnih rupa, a mogu bljeskati minutama ili mjesecima. Kada neutrino dođe u interakciju s nukleusom atoma, on proizvodi sekundarno nabijenu česticu vidljivu kao stožac plavog svijetla.

icecube.wisc.edu

IceCube detektor postavljen je na južnom polu 2010. godine, a namijenjen je detekciji visoko energetskih neutrina i financiran je od strane Nacionalne fundacije za znanost.  Za izgradnju u ledu je izbušeno 86 rupa i konstruirana je mreža od 5160 svjetlosnih senzora. Detektira oko 200 neutrina dnevno, a 2013. godine je prvi put identificiran neutrino pod nazivom IceCube-170922A sa snagom od 300 trilijuna volti. Znanstvenici su determinirali izvornu galaksiju poznatu kao TXS 0506+056, a opservacije utvrđuju da su gama zrake jedni od najsjajnijih predmeta u svemiru.

Ono što smo otkrili nije samo prvi dokaz izvora neutrina, već dokaz da je ova galaksija ubrzavač kozmičkih zraka. Radim na ovom području gotovo 30 godina i pronaći stvaran izvor neutrina je nevjerojatno uzbudljiv trenuak. Sad kad smo identificirali pravi izvor, bit ćemo se u mogućnosti fokusirati na druge objekte poput ovog, kako bismo razumijeli više o tim ekstremnim događanjima milijardama godina koje su uzrokovale da ove čestice jure prema našem planetu!“ , rekao je Gary Hill, koautor studije, profesor sa Sveučilišta Adelaide’s School of Physical Sciences i član IceCube projekta.

Za detekciju primjenjen je i MAGIC, atmosferski Gamma Chernekov teleskop za slike na Kanarskim otocima, a prema riječima stručnjaka iz Europskog opservatorija, radijacijski profil galaksije odgovara energijama neutrina. MAGIC otkriva da je radijacija iz blazara dosegla razinu od najmanje 400 gigaelektronskih volta.

Rezultati potvrđuju da osim neutrina, dio je gama-zraka proizveden od strane visoko energetskih protona – a ne od strane druge interakcije čestica u zraci. Ovo je prvi put da možemo potvrditi da i neutrini i gama zrake proizlaze iz protonskih roditelja“, Razmik Mirzoyan, glasnogovornik MAGIC Collaboration i znanstvenik s Max Planck instituta za fiziku potvrdio je u izjavi: „Gama radijacija pruža informaciju o tome kako elektrarne u supermasivnim crnim rupama funkcioniraju.“

icecube.wisc.edu

Identifikacija će inicirati novu eru svemirskog istraživanja, polje tzv. visoko-energetske neutrino astronomije, koja bi imala generirati impresivne predikcije i popločiti put potpunoj transformaciji dosadašnjeg načina života.  Prevalentni dio astronomije sastoji se u svijetlosti, stoga su zvijezde vidljive upravo zbog fotona. Novost koju nam donosi proučavanje neutrina iznjedrit će inovativne tehničke i znanstvene instrumente, a ujedno i eksperimente, pa će tako s neutrino svjetiljkom biti moguće vidjeti svijetlost kroz obje strane drveta.

Neutrini ne trpe alternacije i devijacije prolaskom kroz tvar, a ovo je ključno za znanost novog doba. Za tim hrvatskih istraživača i njihovu kontribuciju  povijesnom znanstvenom momentu ovo je uspjeh bez presedana. Čini se da nas čeka eksponencijalan porast masovnih komunikacija, dosad nezamislivih tehnoloških uređaja i suvremen način nadzora izrade i posjedovanja nuklearnog oružja. U modernom svijetu na kritičnoj točki razvoja više se ne igra na povjerenje – sigurnost će se jamčiti rigoroznom kontrolom fantastičnih razmjera. Pitanje je samo u čije će ruke konačno dospjeti ova moć? Kontroliranjem nove neutrino visoko energetske fizike, kontrolirat će se i akvizicija visoko vrijednih resursa. Prirodna bogatstva već su uzrokovala brojne ratove, a vrlo je vjerojatno da će licitiranje za sredstvo detekcije biti opasna stvar.