Neutrino-Discovery Inside Scoop: Spørgsmål og svar med 'Godfather of IceCube' Francis Halzen

Neutrino og ismolekyle interaktion

I denne illustration har en neutrino interageret med et ismolekyle og produceret en sekundær partikel - en muon - der bevæger sig med relativistisk hastighed i isen og efterlader et spor af blåt lys bag sig. (Billedkredit: Nicolle R. Fuller/NSF/IceCube)



I går (12. juli) meddelte astronomer, at de for første gang nogensinde havde spores en superhurtig kosmisk neutrino til dens kilde -en aktiv galakse kendt som TXS 0506+056, som ligger 4 milliarder lysår fra Jorden.



Fundet implicerer sådanne aktive galakser som a kilde til hurtigt bevægede ladede partikler kaldet kosmiske stråler , som konstant bombarderer vores planet. Kosmiske stråles oprindelse havde undret forskere siden partiklernes opdagelse i 1912.

Selvom talrige teleskoper hjalp med at spore neutrinoen, er nøglespilleren i denne historie IceCube Neutrino Observatory, der opdagede den undvigende 'spøgelsespartikel' den 22. september 2017. [ Sporing af en Neutrino til dens kilde: Opdagelsen i billeder ]



IceCube består af 86 'strenge' af lysdetektorer, som er indkapslet dybt under isen på Sydpolen. Anlægget afsluttede et syvårigt byggeprojekt i 2010, selvom det var i stand til at jagte neutrinoer, mens det stadig blev bygget.

Francis Halzen, fysiker ved University of Wisconsin-Madison, leder projektvidenskabsteamet og er kendt som 'Godfather of IceCube'. demokratija.eu satte sig sammen med Halzen under et IceCube-værksted i Atlanta i maj sidste år for at diskutere historien om det banebrydende observatorium (se del 1 af denne todelte spørgsmål og svar) og konsekvenserne af den nye opdagelse.

Francis Halzen, hovedforsker for IceCube Neutrino Observatory på Sydpolen.



Francis Halzen, hovedforsker for IceCube Neutrino Observatory på Sydpolen.(Billedkredit: Zig Hampel-Arias, WIPAC)

demokratija.eu: Så hvad er betydningen af ​​denne nye opdagelse?

Francis Halzen:For mindre end fem år siden opdagede folk, at der er kosmiske stråler, der er en million gange energien fra strålen fra strålen Stor Hadron Collider [LHC; verdens største og mest kraftfulde partikelaccelerator]. Det er et fascinerende problem med, hvordan naturen kan gøre dette. Hvis [forskere] skulle bygge en accelerator for at accelerere de kosmiske stråler med den højeste energi, skulle du fylde Merkur-kredsløbet med LHC-magneterne. Så dette er virkelig et interessant problem.



Her er vi, 106 år efter at de fandt opdagelsen [af kosmiske stråler ], og vi aner ikke, hvor de kom fra. Vi har nogle gæt om, hvordan de kan fremskyndes, men vi aner ikke. Så meningen med TXS er, at vi nu har en kilde efter 106 år, og det er det.

Det var nummer et for at retfærdiggøre at give os pengene. IceCube blev [bygget] for at opdage kilden til kosmiske stråler. Neutrinoer kan kun komme fra steder, hvor protoner og deres kerner accelereres. Så per definition, når vi laver et kort over neutrinoer, laver vi et kort over kosmisk stråleacceleratorer.

Problemet var, at kortet var ensartet. Vi [opdagede] neutrinoerne i 2013. Men i stedet for hvad vi forventede, da vi først [neutrinoer fra] vores egen galakse fandt, fandt vi faktisk ekstragalaktiske neutrinoer først. Vi ved det, fordi vi ser hele universet, [ikke kun] det galaktiske plan. Så vi vidste stadig ikke, hvad kilderne var. Vi vidste, at vi havde et værktøj til at finde dem.

Nu har vi endelig en kilde.

demokratija.eu: Vil IceCube se flere kilder som TXS med den kommende opgradering?

Nakke:TXS blinkede en gang i 10 år. Det ved vi, fordi vi har 10 års data. Faktisk var der to blink, men kun en spiller var virkelig spektakulær.

Vi sendte en advarsel om en neutrino i september sidste år. Fermi [NASA's Fermi Gamma-ray Space Telescope] fortalte os, at der er noget særligt, en blazar, en aktiv galakse, der blusser. Det har et flammende supermassivt sort hul. Det skabte denne lavine af multimessenger -observation [med teleskoper, der søger i forskellige bølgelængder].

Når vi vidste, hvor vi skulle se på himlen, kunne vi gå tilbage og se på vores sidste ni og et halvt års data. Så fandt vi ud af, at dette skete en gang før. Det skete i begyndelsen af ​​2014, meget mere dramatisk. I stedet for at have en flare, der kun havde en spektakulær neutrino, har denne bluss 12 til 14 neutrinoer, afhængigt af hvordan du tæller, hvordan du adskiller signalet fra baggrunden. Dette er virkelig en utrolig ting; vi har aldrig set noget lignende. [Gamma-Ray Universe: Fotos af NASAs Fermi-rumteleskop]

Men det skete en gang i 10 år. Vores bedste gæt baseret på den ene observation er, at dette sker en gang hvert tiende år. Hvis du har 10 gange detektoren [størrelse], ser du [andre blazarer] blinke en gang om året. Så der vil være en rigtig bonanza, når vi opdager det. Jeg tror, ​​at når vi finder flere kilder som denne, vil vi gøre det bedre.

I denne kunstner

I denne kunstners illustration accelererer en blazar protoner, der producerer pioner, der producerer neutrinoer og gammastråler.(Billedkredit: IceCube/NASA)

demokratija.eu: Hvordan blev observationen fra 2014 oprindeligt gået glip af?

Nakke:Det blev ikke savnet. Det er en interessant historie. Det var utroligt. En kandidatstuderende [Asen Christov] lavede analysen, og det var hans speciale. Han ledte efter blus. Han kiggede stort set kun på de højeste kilder på kortet, og dette var den næsthøjeste, så ingen har nogensinde været opmærksomme.

Det er look-andetsteds-effekten. Hvis du ser på 100.000 steder på himlen, finder du noget, bare ved hjælp af statistik. Disse ting blev begravet i statistik. Fermi fortalte os dog, hvor vi skulle lede. Vi fortalte Fermi, og så fortalte Fermi os, dette er interessant.

I sit speciale havde [Christov] en liste, og dette var den anden kilde. Men selvom jeg havde kigget, vidste vi ikke nok astronomi. Og selvom vi havde sagt, det er TXS - som jeg aldrig ville have matchet - var der ikke noget særligt ved det, før Fermi påpegede det.

Grunden til at jeg understreger dette er, at vi ikke kunne have gjort denne opdagelse alene. Fermi kunne ikke have gjort den opdagelse, fordi de hele tiden ser flammende blazarer. Det er kun fordi vi gjorde dette sammen. Så vidt jeg ved, er dette den første multimessenger -begivenhed, der ikke kunne være sket på anden måde. Intet andet eksperiment kunne have gjort dette. Intet enkelt teleskop kunne have trukket dette ud. Så det viser virkelig kraften i at gøre multimessenger -astronomi .

Følg Nola Taylor Redd kl @NolaTRedd , Facebook eller Google+ . Følg os på @Spacedotcom , Facebook eller Google+ . Oprindeligt udgivet den demokratija.eu .