სიახლეები
ნეიტრინოები არიან რელატივისტური ნაწილაკები, რომლებიც დიდი რაოდენობით გვხვდება სამყაროში. ითვლება, რომ ადამიანის სხეულში ყოველ წამს დაახლოებით 100 ტრილიონი ნეიტრინო გადის. ნეიტრინოების განსაკუთრებული თვისებაა, რომ ისინი თითქმის არ ურთიერთობენ მატერიასთან, მათ შეუძლიათ მთლიანი დედამიწაც კი განჭოლონ გაბნევის გარეშე. ეს ნიშნავს, რომ ნეიტრინოები არა მხოლოდ ზემოდან ეცემიან დეტექტორებს, არამედ შეუძლიათ ნებისმიერი მიმართულებიდან მოსვლა.
2023 წლის 13 თებერვალს ხმელთაშუა ზღვის ფსკერზე განლაგებულმა ნეიტრინოს ტელესკოპმა KM3NeT-მა დააფიქსირა ნეიტრინო, რომლის ენერგიაც დიდ ადრონული კოლაიდერზე მიღწევადს 30,000-ჯერ აღემატება და ნებისმიერ აქამდე ფიქსირებულ ნაწილაკზე მაღალი იყო. აღნიშნული მოვლენა, რომელიც KM3-230213A სახელით არის ცნობილი, მნიშვნელოვან ეტაპს წარმოადგენს მაღალი ენერგიის ასტროფიზიკის კვლევებში.
ნაიტრინული ობსერვატორია KM3NeT, ან Astroparticle Research with Cosmics in the Abyss (ARCA), ამჟამად შენების პროცესშია ხმელთაშუა ზღვის ფსკერზე, იტალიის კუნძულ სიცილიის სამხრეთ-აღმოსავლეთით. იგი წარმოადგენს 3,500 მეტრის სიღრმეზე ფსკერზე მიმაგრებულ ჯაჭვებზე დაკიდებული ოპტიკური დეტექტორების მასივს. თითოეული ჯაჭვის სიგრძე 800 მეტრია და აღჭურვილია 18 დეტექტორით, რომლებიც წარმოადგენენ დაახლოებით ნახევარი მეტრის დიამეტრის პლექსიგლასის სფეროებს, სადაც მოთავსებულ მაღალი მგრძნობელობის ფოტო-გამამრავლებლები. ARCA მონაცემებს 2010-იანი წლების შუა პერიოდიდან აგროვებს და ამჟამად შედგება 28 ჯაჭვისგან. პროექტის მიხედვით 2028 წლისთვის ჯაჭვების რაოდენობა 230-მდე უნდა გაიზარდოს.
ობსერვატორიას არ შეუძლია უშუალოდ ნეიტრინოების დაკვირვება. სამაგიეროდ როდესაც მაღალი ენერგიების ნეიტრინო გადის წყლის გარემოში არის ალბათობა, რომ ის იურთიერთქმედებს კვარკებთან რომელიმე ატომის ბირთვში. ზოგიერთ შემთხვევაში ამ პროცესში იბადება ნეიტრინოს პარტნიორი დამუხტული ლეპტონი (მაგალითად, მუონური ნეიტრინოსთვის, ეს არის მუონი) და წარმოიქმნება ადრონების კასკადი. ამ კასკადში ნაწილაკები გარემომცველ ნივთიერებაში სინათლის ფაზურ სიჩქარეზე უფრო სწრაფად მოძრაობენ და ენერგიას კარგავენ ჩერენკოვსკის გამოსხივების სახით. მოწყობილობები სწორედ ამ გამოსხივებას აღრიცხავენ და დაუყოვნებლივ გადასცემენ სიგნალს სანაპირო სადგურის კომპიუტერებს.
2023 წლის რეკორდული სიგნალის ანალიზს კოლაბორაციამ ორი წელი მოანდომა, მხოლოდ 2025 წლის 12 თებერვალს გამოქვეყნდა პირველი შედეგები Nature-ში. სტატიის გამოსვლას მიეძღვნა სპეციალური პრეზენტაცია, რომელიც ერთდროულად გაიმართა მსოფლიოს სხვადასხვა სამეცნიერო ცენტრში, მათ შორის თსუ-ს ფიზიკის დეპარტამენტში.
KM3-230213A სიგნალისადმი მიძღვნილ სტატიაში ნათქვამია, რომ ARCA დეტექტორის 12,000 ფოტო-გამამრავლებელმა, 2 მიკროწამის ინტერვალში, 28,000 ფოტონი დააფიქსირა. სინათლის ასეთი ძლიერი ანთება მიუთითებდა, რომ დეტექტორში ძალიან ენერგიულმა დამუხტულმა ნაწილაკმა, მუონმა, გაიარა. მონაცემთა დეტალური ანალიზის შედეგად დადგინდა, რომ მუონის ენერგია 120 PeV-ს (1.2 × 1017 eV) შეადგენდა, რაც ხილული სინათლის ფოტონებზე 100 ტრილიონჯერ მეტია. ამ მონაცემებზე დაყრდნობით, პირველადი ნეიტრინოს ენერგია 220 PeV-ზე მეტი უნდა ყოფილიყო, რაც ამ დრომდე დაფიქსირებულ ნებისმიერ ნაწილაკზე მაღალია. გარდა ამისა, სხვადასხვა დეტექტორების სიგნალებს შორის დროის განსხვავებით, ასტროფიზიკოსებმა დაადგინეს ნაწილაკების მოსვლის მიმართულება - ის აღმოჩნდა დაახლოებით 1 გრადუსი ჰორიზონტის ქვემოთ, ჩვენი გალაქტიკის ცენტრის თითქმის საპირისპიროდ და 10 გრადუსით გადახრილი გალაქტიკური სიბრტყიდან.
ARCA ტელესკოპით რეგისტრირებულ ასობით მილიონობით მოვლენას შორის KM3-230213A-ს ანალოგი არ აქვს. ტელესკოპის ექსპლუატაციის პერიოდში მხოლოდ მოვლენების მეათედმა მიაღწია ენერგეტიკულ მნიშვნელობას 1015–1016 eV, თანაც მათი მიმართულებები არ იყო ჰორიზონტალური, არამედ თითქმის ვერტიკალური.
ზე-მაღალი ენერგიის ნეიტრინოს წარმოშობის საკითხი ამ დრომდე პასუხგაუცემელია. პირველ ყოვლისა ფიზიკოსებმა უნდა დაადასტურონ, რომ KM3-230213A სიგნალის მიზეზი დედამიწაზე არ იყო. ამის გარდა გამოსარიცხია ფართო ატმოსფერული ღვარები - მეორადი ელემენტარული ნაწილაკების კასკადი, რომელიც ატმოსფეროში იბადება კოსმოსური სხივების ურთიერთქმედების შედეგად. ასევე მნიშვნელოვანია შედეგების შეჯერება სხვა ექსპერიმენტების მონაცემებთან, როგორებიცაა IceCube Neutrino Telescope და Pierre Auger Space Rays, რომელებიც ნეიტრინოებს იგივე ენერგეტიკულ დიაპაზონში ეძებენ ათეული წლების განმავლობაში, მაგრამ ვერაფერი მსგავსი ვერ აღმოაჩინეს.
ექსტრემალური ენერგიის გამო უფრო სავარაუდოა KM3-230213A-ს ასტროფიზიკური წარმოშობა. აქამდე არ არის ცნობილი არცერთი გალაქტიკური წყარო, რომელსაც ასეთი მაღალი ენერგიის ნეიტრინოების დაბადება შეეძლო. შესაბამისად, მეცნიერები ვარაუდობენ, რომ KM3-230213A წარმოიშვა ჩვენი გალაქტიკის მიღმა. ფიზიკოსებს აქვთ რეკორდული ნეიტრინოს წარმოშობის 12 შესაძლო ვერსია. მათ შორის მთავარი ჰიპოთეზებია:
- აქტიური გალაქტიკური ბირთვი (AGN) – ზემასიური შავი ხვრელები, რომლებიც მძლავრ რელატივისტურ ჭავლებს უშვებენ.
- გამა-აფეთქება (GRB) – გიგანტური ვარსკვლავების კოლაფსისა და ნეიტრონული ვარსკვლავების შერწყმის შედეგად წარმოქმნილი კატაკლიზმური მოვლენები.
- კოსმოგენური ნეიტრინოები – ულტრა-მაღალი ენერგიის კოსმოსური სხივის რელიქტური ფონური გამოსხივების ფოტონებთან შეჯახების შედეგად წარმოქმნილი ნაწილაკი.
KM3NeT-ის კოლაბორაცია აქტიურად განაგრძობს კვლევებს KM3-230213A მოვლენის გასაანალიზებლად. იგეგმება დეტექტორის ტექნოლოგიური განახლებები, რომ მოხდეს პირველადი ნეიტრინოს მოსვლის მიმართულების დაზუსტება, რათა მომავალში მსგავსი მოვლენები უფრო ეფექტურად შეისწავლონ. ასევე, იგეგმება ახალი სისტემის დანერგვა, რომელიც დროულად გაავრცელებს ნეიტრინოების აღმოჩენის შესახებ ინფორმაციას. აღსანიშნია, რომ ამ კვლევაში ქართველი მეცნიერებიც იღებენ მონაწილეობას.
წყარო:
