Gli astronomi utilizzando l'Ice Cube Observatory, sepolto nelle profondità del ghiaccio antartico, hanno scoperto sette sfuggenti e strani candidati per “particelle fantasma” mentre scorrono sulla Terra. I segni indicano che queste particelle sono neutrini tau astrofisici; Fungono da importanti messaggeri tra noi e eventi celesti potenti e ad alta energia.
I neutrini sono particelle quasi prive di carica e massa che attraversano l’universo a velocità prossime a quella della luce. Stranamente, a causa di questi fattori, i neutrini difficilmente interagiscono con qualsiasi cosa. Infatti, circa 100 trilioni di essi attraversano il nostro corpo ogni secondo. Non possiamo dirlo. Se fossi un rilevatore di neutrini di dimensioni umane, dovresti aspettare circa 100 anni affinché un neutrino interagisca con una particella nel tuo corpo. Quindi, con buona ragione, i neutrini sono soprannominati “particelle fantasma”.
I neutrini ad alta energia provenienti da sorgenti cosmiche ai margini della Via Lattea sono chiamati “neutrini astrofisici” e sono disponibili in tre tipi o generazioni: neutrini elettronici, neutrini muonici e neutrini tau. Tutte queste particelle chimeriche sono incredibilmente sfuggenti, come ci si potrebbe aspettare, ma identificarle è compito di IceCube. Nel 2013, l’osservatorio ha rilevato i primi neutrini astrofisici, e ora sembra aver rilevato in particolare i neutrini tau astrofisici che potrebbero servire come un tipo di messaggio cosmico completamente nuovo.
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“La scoperta di sette possibili eventi di neutrini tau nei dati, combinata con la quantità molto bassa di fondo atteso, ci permette di affermare che è molto improbabile che i fondi cospirino per produrre sette neutrini impostori”, ha detto Doug Quinn, uno dei ricercatori. coautori dello studio. Leader e professore di fisica alla Pennsylvania State University Lo ha detto in un comunicato. “La scoperta dei neutrini tau astrofisici fornisce anche una forte conferma della precedente rilevazione da parte di Ice Cube del flusso astrofisico diffuso di neutrini”.
Intrappolato sotto il ghiaccio
Per rilevare i neutrini mentre attraversano la Terra, IceCube utilizza stringhe di sfere dorate chiamate moduli ottici digitali, o DOM, incorporati nel ghiaccio. In totale, l’osservatorio contiene 5.160 DOM sepolti nelle profondità del ghiaccio antartico, in attesa che i neutrini interagiscano con le molecole del ghiaccio e producano particelle cariche. Queste particelle cariche emettono luce blu mentre viaggiano attraverso il ghiaccio e i DOM registrano questa luce.
Più specificamente, quando i neutrini tau astrofisici ad alta energia interagiscono con le particelle, producono distinte emissioni di luce, incluso un distinto evento a doppia cascata che produce due picchi nei livelli di luce rilevati dai DOM.
In passato, Ice Cube era riuscito a cogliere accenni allettanti di tracce di neutrini tau, ma Quinn e i suoi colleghi volevano davvero identificare le particelle sfuggenti.
Altri sapori di neutrini possono essere rilevati in “tempo reale” da IceCube, ma attualmente la struttura non può farlo per i neutrini tau. Invece, dare la caccia a questi particolari fantasmi cosmici richiede lo studio di un decennio di dati d’archivio. Ma invece di dedicarsi completamente a Scooby-Doo e inseguire questi fantasmi, il team ha addestrato le cosiddette “reti neurali convoluzionali migliorate dalla classificazione delle immagini” per vagliare quasi 10 anni di dati IceCube raccolti tra il 2011 e il 2020 per cercare i fantasmi. Firme dei neutrini tau.
Ciò ha portato alla scoperta di sette potenti candidati al neutrino tau.
Il team sostiene la possibilità che questi risultati siano il risultato di un'errata identificazione, ma Quinn ha spiegato che la possibilità che lo sfondo rilevato dal DOM imiti questo segnale è solo 1 su 3,5 milioni.
I risultati attuali hanno utilizzato solo tre serie di rilevatori DOM, ma le analisi future si baseranno su un numero maggiore di queste perle ghiacciate dorate. Ciò non solo aumenterà il campione di neutrini tau rilevati, ma potrebbe anche aiutare gli scienziati a condurre il primo studio in assoluto sulle oscillazioni dei neutrini su tre generazioni. Questo è il fenomeno mediante il quale i neutrini cambiano sapore mentre viaggiano attraverso vaste distanze cosmiche.
Comprendere le oscillazioni dei neutrini potrebbe essere la chiave per determinare come vengono generate queste particelle spettrali, quali eventi le hanno portate a sfrecciare nello spazio e perché vengono trasmesse alle generazioni successive nel tempo.
“Nel complesso, questa entusiasmante scoperta presenta l’interessante potenziale di sfruttare i neutrini tau per rivelare nuova fisica”, ha concluso Quinn.
La ricerca del team è presente nell'archivio cartaceo di arXiv ed è stata accettata per la pubblicazione sulla rivista Lettere di revisione fisica.
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