Η προέλευση των κοσμικών ακτίνων υπήρξε ένα από τα πιο διαρκή μυστήρια στη φυσική και μοιάζει να παραμείνει έτσι για λίγο περισσότερο. Ένας από τους κορυφαίους υποψηφίους για το πού προέρχονται οι κοσμικές ακτίνες είναι οι εκρήξεις ακτίνων γάμμα και οι φυσικοί ήλπιζαν ότι ένας τεράστιος Ανταρκτικός ανιχνευτής που ονομάζεται IceCube Neutrino Observatory θα επιβεβαιώσει αυτή τη θεωρία. Ωστόσο, παρατηρήσεις πάνω από 300 GRB δεν κατέδειξαν κοσμικές ακτίνες. Εν ολίγοις, οι κοσμικές ακτίνες δεν είναι αυτό που νομίζαμε ότι ήταν.
Αλλά, όπως και ο Thomas Edison που είπε ότι «κάθε λάθος απόρριψη είναι ένα ακόμη βήμα προς τα εμπρός», οι φυσικοί βλέπουν αυτό το τελευταίο εύρημα ως πρόοδο.
«Παρόλο που δεν έχουμε ανακαλύψει από πού προέρχονται οι κοσμικές ακτίνες, έχουμε κάνει ένα σημαντικό βήμα για να αποκλείσουμε μία από τις κορυφαίες προβλέψεις», δήλωσε ο κύριος ερευνητής του IceCube και καθηγητής φυσικής του Πανεπιστημίου του Ουισκόνσιν-Μάντισον Francis Halzen.
Οι κοσμικές ακτίνες είναι ηλεκτρικά φορτισμένα σωματίδια, όπως πρωτόνια, που χτυπούν τη Γη από όλες τις κατευθύνσεις, με ενέργειες έως και εκατό εκατομμύρια φορές υψηλότερες από αυτές που δημιουργούνται σε τεχνητούς επιταχυντές. Οι έντονες συνθήκες που απαιτούνται για τη δημιουργία τέτοιων ενεργειακών σωματιδίων έχουν εστιάσει το ενδιαφέρον των φυσικών σε δύο πιθανές πηγές: τις μαζικές μαύρες τρύπες στα κέντρα των ενεργών γαλαξιών και τις εκρήξεις ακτίνων γάμμα (GRBs), λάμψεις ακτίνων γάμμα που σχετίζονται με εξαιρετικά ενεργητικές εκρήξεις που έχουν παρατηρηθεί σε απομακρυσμένους γαλαξίες.
Το IceCube χρησιμοποιεί νετρίνα, τα οποία πιστεύεται ότι συνοδεύουν την παραγωγή κοσμικών ακτίνων, για να διερευνήσει αυτές τις δύο θεωρίες. Σε μια δημοσίευση που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature της 19ης Απριλίου, οι επιστήμονες του IceCube περιγράφουν μια αναζήτηση για νετρίνα που εκπέμπονται από 300 εκρήξεις ακτίνων γάμμα που παρατηρήθηκαν, πρόσφατα σε σύμπτωση με τους δορυφόρους SWIFT και Fermi, μεταξύ Μαΐου 2008 και Απριλίου 2010. Παραδόξως, δεν βρήκε κανένα - αποτέλεσμα που έρχεται σε αντίθεση με 15 χρόνια προβλέψεων και προκαλεί μία από τις δύο κορυφαίες θεωρίες για την προέλευση των κοσμικών ακτίνων με την υψηλότερη ενέργεια.
Ο ανιχνευτής αναζητά υψηλή ενέργεια (teraelectronvolt; 1012-electronvolt) νετρίνα, και στην εφημερίδα τους η ομάδα είπε ότι βρήκαν ένα ανώτερο όριο στη ροή ενεργητικών νετρίνων που σχετίζονται με GRBs που είναι τουλάχιστον ένας παράγοντας 3,7 κάτω από τις προβλέψεις. Αυτό σημαίνει ότι είτε οι GRB δεν είναι οι μόνες πηγές κοσμικών ακτίνων με ενέργειες μεγαλύτερες από 1018ηλεκτρόνια ή η απόδοση της παραγωγής νετρίνων είναι πολύ χαμηλότερη από ό, τι είχε προβλεφθεί. Ούτως ή άλλως, λένε οι επιστήμονες, οι τρέχουσες θεωρίες μας για την παραγωγή κοσμικών ακτίνων και νετρίνων σε GRBs θα πρέπει να επανεξεταστούν. "Το αποτέλεσμα αυτής της αναζήτησης νετρίνων είναι σημαντικό επειδή για πρώτη φορά έχουμε ένα όργανο με επαρκή ευαισθησία για να ανοίξουμε ένα νέο παράθυρο για την παραγωγή κοσμικών ακτίνων και τις εσωτερικές διεργασίες των GRB, "δήλωσε ο εκπρόσωπος της IceCube και καθηγητής φυσικής του Πανεπιστημίου του Μέριλαντ Γκρεγκ Σουλίβαν. «Η απροσδόκητη απουσία νετρίνων από GRBs ανάγκασε την επανεκτίμηση της θεωρίας για την παραγωγή κοσμικών ακτίνων και νετρίνων σε μια βολίδα GRB και πιθανώς τη θεωρία ότι οι κοσμικές ακτίνες υψηλής ενέργειας δημιουργούνται σε βολίδες.» Το IceCube είναι ένας ανιχνευτής σωματιδίων στο Νότιος Πόλος που καταγράφει τις αλληλεπιδράσεις σχεδόν μαζών νετρίνων Τα όργανα παρατηρούν νετρίνα ανιχνεύοντας το αχνό μπλε φως που παράγεται σε αλληλεπιδράσεις νετρίνων στον πάγο. Τα νετρίνα μπορούν εύκολα να ταξιδέψουν σε ανθρώπους, τοίχους ή ολόκληρους πλανήτες, όπως η Γη. Προκειμένου να ανιχνευθούν οι σπάνιες αλληλεπιδράσεις τους, το IceCube είναι χτισμένο σε τεράστια κλίμακα. Ένα κυβικό χιλιόμετρο παγετώδους πάγου, αρκετό για να χωρέσει τη μεγάλη πυραμίδα της Γκίζας 400 φορές, είναι εξοπλισμένο με 5.160 οπτικούς αισθητήρες ενσωματωμένους σε βάθος έως 2,5 χιλιόμετρα στον πάγο. Τα GRBs, οι πιο ισχυρές εκρήξεις του σύμπαντος, συνήθως παρατηρούνται πρώτα από δορυφόρους χρησιμοποιώντας X - ακτίνες ή / και ακτίνες γάμμα. Τα GRB εμφανίζονται περίπου μία φορά την ημέρα και είναι τόσο φωτεινά που μπορούν να φανούν από τη μέση του ορατού Σύμπαντος. Οι εκρήξεις διαρκούν συνήθως μόνο λίγα δευτερόλεπτα και κατά τη διάρκεια αυτού του σύντομου χρόνου μπορούν να ξεπεράσουν οτιδήποτε άλλο στο σύμπαν. Οι επιστήμονες λένε ότι η βελτιωμένη θεωρητική κατανόηση και περισσότερα δεδομένα από τον ανταγωνιστή ανιχνευτή IceCube θα βοηθήσουν τους επιστήμονες να κατανοήσουν καλύτερα το μυστήριο της παραγωγής κοσμικών ακτίνων. Η IceCube συλλέγει περισσότερα δεδομένα με τον οριστικοποιημένο, καλύτερα βαθμονομημένο και καλύτερα κατανοητό ανιχνευτή. Το IceCube λειτουργεί από μια συνεργασία 250 φυσικών και μηχανικών από τις ΗΠΑ, τη Γερμανία, τη Σουηδία, το Βέλγιο, την Ελβετία, την Ιαπωνία, τον Καναδά, τη Νέα Ζηλανδία, την Αυστραλία και Μπαρμπάντος. Περισσότερες πληροφορίες για το IceCube.
Πηγή: IceCube / Πανεπιστήμιο του Ουισκόνσιν
