남극 대륙의 Amundsen-Scott South Pole Station에는 중성미자라고 알려진 소립자 연구 전용 시설 인 IceCube Neutrino Observatory가 있습니다. 이 어레이는 입방 킬로미터의 맑은 얼음 안에 묻힌 5,160 개의 구형 광학 센서 – 디지털 광학 모듈 (DOM) –로 구성됩니다. 현재이 관측소는 세계에서 가장 큰 중성미자 탐지기이며 지난 7 년 동안이 입자들이 어떻게 행동하고 상호 작용하는지 연구했습니다.
Pennsylvania State University의 물리학 자의 도움을 받아 IceCube가 공동으로 발표 한 가장 최근의 연구는 최초로 중성미자를 차단하는 지구의 능력을 측정했습니다. 입자 물리학의 표준 모델에 따라, 수조의 중성미자가 정기적으로 지구 (및 우리)를 통과하지만 일부는 때때로 그것에 의해 중단된다고 결정했습니다.
“지구 흡수를 이용한 IceCube와의 Multi-TeV Neutrino 상호 작용 횡단면의 측정”이라는 제목의 연구는 최근 과학 저널에 실렸다. 자연. 연구팀의 결과는 고 에너지, 상향 이동 중성미자에 의한 10,784 개의 상호 작용에 대한 관측에 근거한 것으로 1 년 동안 관측소에서 기록되었습니다.
2013 년에 IceCube의 협력으로 고 에너지 중성미자가 처음으로 탐지되었습니다. 기원에 천체 물리학 적으로 여겨지는이 중성미자는 페타-전자 볼트 범위에 있었으며, 현재까지 발견 된 가장 높은 에너지 중성미자입니다. IceCube는 Cherenkov 방사선을 찾아 이러한 상호 작용의 징후를 검색합니다. Cherenkov 방사선은 빠르게 움직이는 하전 입자가 정상적인 물질과 상호 작용하여 느려진 후에 생성됩니다.
IceCube 기기는 맑은 얼음과 상호 작용하는 중성미자를 감지함으로써 중성미자의 에너지와 이동 방향을 추정 할 수있었습니다. 그러나 이러한 탐지에도 불구하고, 어떤 종류의 물질이 우주를 여행하면서 중성미자를 막을 수 있는지에 대한 미스터리가 남아있었습니다. 입자 물리학의 표준 모델에 따르면, 이것은 때때로 발생해야하는 것입니다.
1 년 동안 IceCube에서 상호 작용을 관찰 한 후 과학 팀은 지구를 가장 먼 곳으로 이동해야하는 중성미자가 탐지기에 도달 할 가능성이 적다는 것을 발견했습니다. Penn State의 물리 및 천문학 / 천문 물리학 교수 인 Doug Cowen은 Penn State 보도 자료에서 다음과 같이 설명했습니다.
“이 성과는 처음으로 매우 높은 에너지 중성미자가 무언가,이 경우 지구에 흡수 될 수 있음을 보여주기 때문에 중요합니다. 우리는 저에너지 중성미자가 거의 모든 것을 통과한다는 것을 알고 있었지만, 고 에너지 중성미자는 다를 것으로 예상했지만 이전의 실험에서 고 에너지 중성미자가 어떤 것에 의해 멈출 수 있다는 것을 설득력있게 입증 할 수 없었습니다.”
중성미자의 존재는 1930 년 이론 물리학 자 볼프강 파울리 (Wolfgang Pauli)에 의해 처음 제안되었으며, 에너지 법칙 보존 측면에서 베타 붕괴를 설명하는 방법으로 그들의 존재를 가정했다. 그것들은 전기적으로 중립적이기 때문에 소위 이름이 붙여지며 약한 아 원자력과 중력을 통해 아주 약하게 물질과 상호 작용합니다. 이로 인해 중성미자는 정기적으로 정상적인 물질을 통과합니다.
중성미자는 지구의 별과 원자로에 의해 정기적으로 생산되는 반면, 최초의 중성미자는 빅뱅 동안 형성되었습니다. 그러므로 정상적인 물질과의 상호 작용에 대한 연구는 수십억 년 동안 우주가 어떻게 진화했는지에 대해 많은 것을 말해 줄 수 있습니다. 많은 과학자들은 중성미자 연구가 표준 모델을 넘어서는 새로운 물리학의 존재를 나타낼 것이라고 기대합니다.
이 때문에 과학 팀은 결과에 다소 놀랐습니다. IceCube Neutrino Observatory의 수석 연구원이자 위스콘신 대학교 매디슨 물리 교수 인 Francis Halzen은 다음과 같이 설명했습니다.
“중성미자가 상호 작용하는 방식을 이해하는 것이 IceCube 운영의 핵심입니다. 우리는 물론 새로운 물리학이 나타나기를 기대했지만 불행히도 표준 모델이 테스트를 견딜 수 있다는 것을 알게되었습니다.
이 연구를 위해 선택된 중성미자는 대부분 태양이나 원자력 발전소에서 생산 된 것보다 100 만 배 이상 에너지가 많았습니다. 이 분석은 또한 천문학적으로 (즉, 지구 대기를 넘어서 생성 된) 일부를 포함했으며, 초 거대 블랙홀 (SMBH)에 의해 지구쪽으로 가속되었을 수 있습니다.
앨버타 대학교 (University of Alberta) 물리학 교수 인 대런 그랜트 (Darren Grant)도 IceCube Collaboration의 대변인입니다. 그가 지적했듯이,이 최신 상호 작용 연구는 미래 중성미자 연구의 문을 열어줍니다. "뉴트리노 스는 우리의 행동에 놀랍게 잘 알려져 있습니다." "이 첫 번째 측정과 향후 정밀 테스트에 대한 잠재력을 볼 수 있다는 것은 매우 흥미로운 일입니다."
이 연구는 지구의 중성미자 흡수에 대한 첫 번째 측정을 제공했을뿐만 아니라 중성미자를 사용하여 지구 내부를 탐색하고자하는 지구 물리학 연구자들에게 기회를 제공합니다. 지구가 일상적으로 통과하는 수십억 개의 고 에너지 입자를 막을 수 있다는 점을 감안할 때 과학자들은 지구의 내외부 코어를 연구하는 방법을 개발하여 크기와 밀도에 더 정확한 제약을 둘 수 있습니다.
또한 IceCube Observatory는 입자 물리학 연구 및 중성미자 연구라는 원래 목적을 넘어 도달 할 수 있음을 보여줍니다. 이 최신 연구가 분명히 보여 주듯이, 그것은 행성 과학 연구와 핵 물리학에 기여할 수 있습니다. 또한 물리학 자들은 86 개 전체의 IceCube 어레이를 사용하여 다년간의 분석을 수행하여 더 높은 범위의 중성미자 에너지를 조사하고자합니다.
NSF (National Science Foundation) 물리 부서 (IceCube를 지원하는)의 프로그램 책임자 인 James Whitmore가 지적했듯이 표준 모델을 넘어서는 물리를 실제로 검색 할 수 있습니다.
“IceCube는 물리의 경계를 탐구하고 그렇게함으로써 우주의 본질에 대한 기존의 인식에 도전 할 수 있도록 만들어졌습니다. 이 새로운 발견과 다른 것들은 아직 과학적 발견의 정신에 있습니다.”
2012 년에 iggs 스 보손 (Higgs boson)이 발견 된 이래로 물리학 자들은 표준 모델을 확인하기위한 긴 여정이 이제 완료되었다는 사실을 알게되었습니다. 그 이후로 그들은 우주의 더 깊은 미스터리, 즉 초대칭, 모든 이론 (ToE) 등을 해결할 수있는 새로운 물리학을 찾기를 희망하면서 세트를 더 멀리 설정했습니다.
이것은 물리학이 현재 가장 큰 에너지 레벨 (빅뱅 동안 존재했던 것과 유사)에서 작동하는 방법을 연구하는 것입니다. 그들이 성공한다면, 우리는 우주로 알려진이 거대한 것이 어떻게 작동하는지 이해하게 될 것입니다.
