Η ανίχνευση ενός κοσμικού νετρίνου που προσέκρουσε στη Γη με πρωτοφανές επίπεδο ενέργειας δεν είναι σφάλμα ή λάθος, αλλά αληθινός εντοπισμός ενός πραγματικού σωματιδίου.
Τον Φεβρουάριο του 2023, ένας ανιχνευτής που ονομάζεται KM3NeT, τοποθετημένος βαθιά κάτω από τη Μεσόγειο Θάλασσα, κατέγραψε ένα σήμα που φαινόταν να υποδηλώνει ένα νετρίνο με ενέργεια-ρεκόρ της τάξεως των 220 πεταηλεκτρονιοβόλτ (PeV). Για να υπάρχει μέτρο σύγκρισης, το προηγούμενο ρεκόρ ήταν μόλις 10 PeV.
Η πρώτη ανίχνευση νετρίνου 220 PeV και η σημασία της
Τώρα, μια εκτενής ανάλυση όλων των δεδομένων σχετικά με το γεγονός, που ονομάστηκε KM3-230213A, όχι μόνο υποστηρίζει τα συμπεράσματα ότι το σήμα προήλθε από ένα νετρίνο 220 PeV, αλλά ενισχύει το μυστήριο για την προέλευσή του.
«Τα μοτίβα φωτός που ανιχνεύτηκαν για το KM3-230213A δείχνουν σαφή ταύτιση με ό,τι αναμένεται από ένα σχετικιστικό σωματίδιο που διασχίζει τον ανιχνευτή, πολύ πιθανό ένα μιόνιο, αποκλείοντας έτσι το ενδεχόμενο λάθους», ανέφερε η KM3NeT Collaboration (μια διεθνής επιστημονική ομάδα που διαχειρίζεται και λειτουργεί τον ανιχνευτή KM3NeT) στο ScienceAlert. «Χάρη στην ανακατασκευασμένη ενέργεια και την κατεύθυνση αυτού του μιόνιου, το πιο πιθανό σενάριο είναι ότι το μιόνιο προήλθε από την αλληλεπίδραση ενός αστροφυσικού νετρίνου κοντά στον ανιχνευτή, που είναι η πιο φυσική εξήγηση».
Το αίνιγμα γύρω από το νετρίνο: Τα σωματίδια – φαντάσματα του σύμπαντος
Τα νετρίνα είναι εκπληκτικά κοινά στο Σύμπαν – είναι από τα πιο άφθονα σωματίδια και δημιουργούνται από ενεργητικές διαδικασίες, όπως η αστρική σύντηξη ή οι εκρήξεις υπερκαινοφανών αστέρων. Ωστόσο, δεν έχουν ηλεκτρικό φορτίο, η μάζα τους είναι σχεδόν μηδενική και σχεδόν δεν αλληλεπιδρούν με άλλα σωματίδια που συναντούν.
Εκατοντάδες δισεκατομμύρια νετρίνα διαπερνούν το σώμα σας αυτή τη στιγμή, περνώντας από μέσα σας σαν φαντάσματα. Γι’ αυτό και τα αποκαλούν «σωματίδια-φαντάσματα».
Η σημασία του ΚΜ3ΝeT στην ανίχνευση του νετρίνου
Η “αποφευκτική” ιδιότητα αυτού των νετρίνων ωστόσο, δημιουργεί ένα πρόβλημα. Τα κάνει μη ανιχνεύσιμα. Κάθε τόσο όμως, ένα νετρίνο συγκρούεται με κάποιο άλλο σωματίδιο, κάτι που δημιουργεί μια μικρή βροχή από μιόνια και φωτόνια – σωματίδια φωτός. Αυτό παράγει μια πολύ αχνή λάμψη, την οποία ο κατάλληλος ανιχνευτής μπορεί να εντοπίσει.
Το KM3NeT είναι ακριβώς ένας τέτοιος ανιχνευτής. Βρίσκεται βυθισμένος 3.450 μέτρα κάτω από την επιφάνεια της θάλασσας, σε ένα βάθος στο οποίο δεν φτάνει καθόλου φως του ήλιου. Στο απόλυτο σκοτάδι, όσα συμβαίνουν με τα νετρίνα λάμπουν σαν «φάροι».
Αναζητώντας νέα συστατικά που παράγουν υψηλής ενέργειας νετρίνα
Αυτό οδήγησε στην ανίχνευση του KM3-230213A, αλλά από τη στιγμή που άλλοι ανιχνευτές οι οποίοι λειτουργούν πολύ περισσότερο χρόνο δεν έχουν καταφέρει να ανιχνεύσουν τόσο υψηλή ενέργεια, εξακολουθεί να υπάρχει αβεβαιότητα.
«Δεδομένου ότι άλλα πειράματα, όπως τα IceCube και Auger, λειτουργούν εδώ και πάνω από μια δεκαετία και έχουν ήδη πραγματοποιήσει αναζητήσεις για νετρίνα υπερυψηλής ενέργειας χωρίς να ανιχνεύσουν κάποιο, διερευνούμε την πιθανότητα το νετρίνο που παρατηρήθηκε από το KM3NeT να είναι το πρώτο τέτοιο νετρίνο που ανιχνεύεται», εξήγησε η KM3NeT Collaboration.
«Διαπιστώνουμε ότι, παρά τη σχετικά χαμηλή πιθανότητα – περίπου 1 στις 100 – είναι πιθανό το μοναδικό γεγονός που έχει παρατηρηθεί μέχρι στιγμής να είναι στο KM3NeT και όχι στα IceCube και Pierre Auger. Eπομένως, οι τρεις μετρήσεις δεν βρίσκονται σε αντίφαση».
Πιθανές πηγές της προέλευσης του νετρίνου: Από τον Γαλαξία έως τις κοσμικές αλληλεπιδράσεις
Οι ερευνητές διερεύνησαν επίσης πώς το KM3-230213A εντάσσεται στη μεγαλύτερη εικόνα των νετρίνων πόσα νετρίνα ρέουν στο Σύμπαν και πώς κατανέμονται οι ενέργειές τους. Η προσθήκη του νετρίνου των 220 PeV οδηγεί σε πιο συνεπείς προβλέψεις για τη συμπεριφορά των νετρίνων.
Τέλος, και ενδεχομένως το πιο ενδιαφέρον, η μελέτη εξέτασε αν το KM3-230213A υποδηλώνει την ύπαρξη ενός νέου συστατικού ή διαδικασίας που παράγει νετρίνο υπερυψηλής ενέργειας, σε σύγκριση με τις σχετικά γνωστές διαδικασίες που ευθύνονται για τα υπόλοιπα νετρίνα που έχουν ανιχνευθεί μέχρι σήμερα.
«Αυτό είναι σημαντικό, γιατί αναμένεται ένα τέτοιο νέο συστατικό να εμφανιστεί σε υπερυψηλές ενέργειες, λόγω των ‘κοσμογενών νετρίνων’, τα οποία παράγονται από την αλληλεπίδραση των κοσμικών ακτινών με το κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο, το πρώτο παρατηρήσιμο φως του Σύμπαντος που εκτοξεύθηκε πριν από περίπου 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια», δήλωσαν οι ερευνητές.
«Εναλλακτικά, το νέο συστατικό θα μπορούσε να αποδοθεί σε έναν νέο πληθυσμό από αστροφυσικά αντικείμενα, τα οποία εκπέμπουν νετρίνα εξαιρετικά υψηλής ενέργειας».
Αβεβαιότητα για την προέλευση του νετρίνου
Εν τέλει, η ανάλυση δεν κατάφερε να δώσει οριστική απάντηση στο ερώτημα αν υπάρχει ένα νέο συστατικό ή όχι. Πιθανή προέλευση του νετρίνου, μπορεί να είναι η εκτόξευση από το ακραίο περιβάλλον κεντρικού σημείο στον γαλαξία, οι εκρήξεις ακτίνων-γάμμα που εκπέμπονται από εκρηγνυόμενα αστέρια, ή μια αλληλεπίδραση με το κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο.
Κάτι που σκέφτονται οι επιστήμονες ωστόσο είναι πως, είναι εξαιρετικά απίθανο, το νετρίνο να προέρχεται από το εσωτερικό του γαλαξία μας, Milky Way. Έτσι, όποια και αν είναι η προέλευσή του, το KM3-230213A γεννήθηκε σε ένα ακραίο και πολύ μακρινό σημείο.
Προς το παρόν, έρευνες υπό εξέλιξη στοχεύουν στην ακριβή ανίχνευση της τροχιάς του νετρίνου, ώστε πλησιάσουμε περισσότερο στον εντοπισμό της αρχικής του πηγής.
«Η KM3-230213A, άνοιξε έναν νέο δρόμο για την αστρονομία νετρίνων υπερ-υψηλής ενέργειας. Η ανάλυσή μας, αποτελεί την πρώτη προσπάθεια συνδυασμού των παρατηρήσεων πολλών τηλεσκοπίων, για να χαρακτηριστεί το φάσμα υπερ-υψηλής ενέργειας. Πρόκειται για την καλύτερη ευκαιρία που έχουμε, ώστε να αποκτήσουμε γνώσεις σχετικά με τα πιο ακραία αντικείμενα που υπάρχουν στο Σύμπαν».
