Katru sekundi kaut kur novērojamajā Visumā sabrūk kāda masīva zvaigzne izraisa supernovas sprādzienu. Pēc fiziķu domām, Super-Kamiokande observatorija Japānā tagad varētu atklāt pastāvīgu neitrīno plūsmu no šīm katastrofām. savākt, kas varētu būt daži atklājumi gadā.

Šis sīkas subatomiskas daļiņas ir ļoti svarīgi, lai izprastu, kas notiek supernovā: kad tās izšaujas no zvaigznes sabrūkošā kodola un lido cauri kosmosam, tās var sniegt informāciju par potenciāli jaunu fiziku, kas varētu rasties ekstremālos apstākļos.

Uz pēdējo Neitrīno 2024 Konferencē Milānā, Itālijā, Tokijas Universitātes fiziķis Masajuki Harada atklāja, ka pirmie pierādījumi par supernovas neitrīniem, šķiet, nāk no daļiņu haosa, ko Super Kamiokande detektors katru dienu savāc no citiem avotiem, piemēram, no kosmiskajiem stariem, kas skar atmosfēru, un kodolsintēzes Saulē. Rezultāts liecina, ka "mēs esam sākuši novērot signālu," saka Masayuki Nakahata, Tokijas Universitātes fiziķis un eksperimenta pārstāvis, ko parasti dēvē par Super-K. Tomēr Nakahata brīdina, ka pamatojošie dati, kas savākti 956 novērošanas dienu laikā, joprojām ir ļoti vāji.

Gaistošās daļiņas

Neitrīni ir ārkārtīgi nenotverami. Lielākā daļa iziet cauri planētai kā gaisma caur stiklu, un Super-K uztver tikai nelielu daļu no tiem, kas to šķērso. Tomēr detektoram ir labas izredzes atklāt neitrīnus no supernovām, jo ​​Visums ir jāpārpludina ar tiem. Zvaigznes sabrukšanas rezultātā izdalās milzīgs daudzums šo daļiņu (aptuveni 10^58), ko astrofiziķi sauc par difūzo supernovas neitrīno fonu.

Tomēr līdz šim neviens nav spējis pierādīt šo fonu. Neitrīni tika izveidoti tikai vienu reizi skaidri izsekot līdz sabrūkošai zvaigznei – Nakahata bija viens no pētniekiem, kurš atklāja daļiņas 1987. gadā, izmantojot Kamioka II detektoru, kas ir Super-K priekštecis. Atklājums bija iespējams, jo supernova radās Lielajā Magelāna mākonī, pundurgalaktikā, kas atrodas pietiekami tuvu, lai sprāgstošās zvaigznes neitrīno lielā skaitā sasniegtu Zemi.

2018.–2020. gadā Super-K detektors, tvertne, kas satur 50 000 tonnu attīrīta ūdens zem viena kilometra akmens netālu no Hidas, Honsju salā, tika pakļauta vienkāršai, bet svarīgai jaunināšanai, kuras mērķis bija palielināt tā spēju atšķirt supernovas neitrīno no citām daļiņām.

Kad neitrīno - precīzāk, tā antidaļiņa, antineitrīns - saduras ar protonu ūdenī, šis protons var pārveidoties par citu daļiņu pāri, neitronu un antielektronu. Antielektrons rada gaismas zibspuldzi, kad tas lielā ātrumā pārvietojas ūdenī, un šo gaismu uztver sensori, kas ieskauj tvertnes sienas. Šo gaismas zibspuldzi vien var neatšķirt no gaismas, ko rada neitrīno vai antineitroni no dažādiem citiem avotiem.

Jaunināšanas laikā zinātnieki Super-K ūdenim pievienoja sāli uz gadolīnija bāzes. Tas ļauj neitronam, kas rodas, kad antineitrīns iedarbojas uz ūdeni, uztvert gadolīnija kodolu, atbrīvojot otru, raksturīgu enerģijas mirgošanas secību. Super-K fiziķi, kas meklē supernovas neitrīnus, meklē ātru divu uzliesmojumu sēriju, vienu no antielektrona un otru no notvertā neitrona.

Atrisiniet kosmiskos noslēpumus

Nakahata saka, ka paies vairāki gadi, līdz skaidri parādīsies patiesi supernovas signāli, jo dubultās zibspuldzes signāli var nākt arī no citiem neitrīno avotiem, tostarp tiem, ko izraisa kosmiskie stari, kas skar atmosfēru. Bet līdz brīdim, kad Super-K ir plānots slēgt līdz 2029. gadam, viņš piebilst, ka tai vajadzēja savākt pietiekami daudz datu, lai iesniegtu pārliecinošu prasību.

A vēl lielāks eksperiments ar nosaukumu Hyper-Kamiokande, kuru paredzēts pabeigt ap 2027. gadu, varētu ievērojami uzlabot Super-K rezultātus. Sākotnēji Hyper-K tiks piepildīts ar tīru ūdeni, taču "visas detektora sastāvdaļas ir izstrādātas tā, lai tās būtu saderīgas ar gadolīniju", ko varētu pievienot vēlāk, saka Frančeska Di Lodoviko, Londonas King's College fiziķe un projekta līdzstrādniece.

Parādot, ka neitrīno no tālām supernovām, kas radās pirms miljardiem gadu, joprojām pastāv, apstiprinātu, ka neitrīno ir stabilas daļiņas un nesadalās par kaut ko citu, saka Nakahata. Tas ir kaut kas tāds, par ko fiziķi jau sen ir domājuši, bet vēl nav spējuši pierādīt.

Pilna supernovas neitrīno enerģijas spektra mērīšana varētu arī atklāt, cik daudz supernovu ir notikušas dažādos kosmiskās vēstures periodos, saka Harada. Turklāt tas varētu atklāt, cik daudz zvaigžņu sabrukšanas izraisīja melno caurumu, kas apturētu neitrīno emisiju, nevis neitronu zvaigzni.

Super-K dati joprojām ir pārāk vāji, lai apgalvotu, ka tie ir atklāti, taču iespēja noteikt difūzos neitrīnus ir "ārkārtīgi aizraujoša", saka Ignacio Taboada, Džordžijas Tehnoloģiju institūta fiziķis Atlantā un IceCube neitrīno observatorijas pārstāvis Dienvidpolā. "Neitrīni nodrošinātu neatkarīgu zvaigžņu veidošanās vēstures mērījumu Visumā."