Radar og is kunne hjælpe med at opdage en undvigende subatomær partikel

Et af de største mysterier inden for astrofysik i disse dage er en lille subatomær partikel kaldet en neutrino, så lille, at den passerer gennem stof - atmosfæren, vores kroppe, selve Jorden - uden opdagelse.

Fysikere rundt om i verden har i årtier forsøgt at opdage neutrinoer, som konstant bombarderer vores planet, og som er lettere end nogen andre kendte subatomære partikler. Forskere håber, at ved at fange neutrinoer, de kan studere dem og forhåbentlig, forstå, hvor de kommer fra, og hvad de gør.

Men eksisterende forsøg er ofte dyre, og savner en hel klasse af højenergienutrinoer fra nogle af de fjerneste områder af rummet.

En ny undersøgelse offentliggjort i dag i tidsskriftet Fysisk gennemgangsbreve viser sig, for første gang, et eksperiment, der kunne opdage den klasse neutrinoer ved hjælp af radarekko.

"Disse neutrinoer er grundlæggende partikler, som vi ikke forstår, "sagde Steven Prohira, hovedforfatter af undersøgelsen og en forsker ved Ohio State University Center for Cosmology and Astroparticle Physics. "Og neutroner med ultrahøj energi kan fortælle os om enorme dele af universet, som vi ikke rigtig kan få adgang til på anden måde. Vi skal finde ud af at studere dem, og det er, hvad dette eksperiment forsøger at gøre. "

Undersøgelsen bygger på et fænomen kendt som en kaskade. Forskere tror, ​​at neutrinoer bevæger sig gennem Jorden med næsten lysets hastighed - milliarder af dem passerer gennem dig nu, mens du læser dette.

Neutrinoer med højere energi kolliderer mere med atomer. Disse kollisioner forårsager en kaskade af ladede partikler - "som en kæmpe spray, "Sagde Prohira. Og kaskaderne er vigtige:Hvis forskere kan opdage kaskaden, de kan opdage en neutrino. Ultrahøj energi-neutrinoer er så sjældne, at forskere hidtil ikke har været i stand til at opdage dem.

Forskere har fundet ud af, at de bedste steder at opdage neutrinoer er i store lag af fjern is:De længste og mest succesrige neutrino-eksperimenter er i Antarktis. Men disse forsøg har hidtil ikke været i stand til at opdage neutrinoer med højere energier.

Det er her Prohiras forskning kommer ind:Hans team viste, i et laboratorium, at det er muligt at opdage den kaskade, der sker, når en neutrino rammer et atom ved at hoppe radiobølger ud af sporet af ladede partikler, der efterlades af kaskaden.

Til denne undersøgelse, de gik til SLAC National Accelerator Laboratory i Californien, oprette et 4 meter langt plastmål for at simulere is i Antarktis, og sprængte målet med en milliard elektroner pakket i en lille flok for at simulere neutrinoer. (Den samlede energi for den elektronbunke, Prohira sagde, ligner den samlede energi i en højenergienutrino.) Derefter sendte de radiobølger ved plastmålet for at se, om bølgerne virkelig ville detektere en kaskade. De gjorde.

Prohira sagde, at det næste trin er at tage eksperimentet til Antarktis, for at se, om den kan detektere neutrinoer over en stor mængde fjernis der.

Radiobølger er den billigste kendte teknologi til påvisning af neutrinoer, han sagde, "hvilket er en del af hvorfor dette er så spændende." Radiobølger har været brugt i søgningen efter neutrinoer med den højeste energi i omkring 20 år, Sagde Prohira. Denne radarteknik kan være endnu et værktøj i radiobølgens værktøjskasse for forskere, der håber at studere ultrahøj energi neutrinoer.

Og at have en større forståelse af neutrinoer kan hjælpe os med at forstå mere om vores galakse og resten af ​​universet.

"Neutrinoer er de eneste kendte partikler, der bevæger sig i lige linjer - de går lige igennem tingene, "sagde han." Der er ikke andre partikler, der gør det:Lys bliver blokeret. Andre ladede partikler afbøjes i magnetfelter. "

Når en neutrino skabes et sted i universet, den bevæger sig i en lige linje, uændret.

"Det peger lige tilbage på det, der producerede det, "Sagde Prohira." Så, det er en måde for os at identificere og lære mere om disse ekstremt energiske processer i universet. "