სიახლეები
ნეიტრინოები ძალიან მსუბუქი, ელექტრულად ნეიტრალური ელემენტარული ნაწილაკებია, რომლებიც ლეპტონებს მიეკუთვნებიან. მათი მთავარი თავისებურება ის არის, რომ ისინი მატერიასთან პრაქტიკულად არ ურთიერთქმედებენ - მაგალითად, ყოველ წამს ჩვენს ხელებში მზის ასობით მილიარდი ნეიტრინო გაივლის. ისინი მზეზე პროტონების შერწყმის პროცესში წარმოიქმნებიან. მიუხედავად ამისა, ნეიტრინო ზოგჯერ მაინც ურთიერთქმედებს მატერიასთან: ის ატომის ბირთვს ეჯახება და ბირთვულ რეაქციას იწვევს. ეს იმდენად იშვიათად ხდება, რომ მზიდან მომავალი ნეიტრინოების ნაკადის საიმედოდ დასაფიქსირებლად უზარმაზარი მოცულობის დეტექტორების აგებაა საჭირო და იმის იმედად უნდა ვიყოთ, რომ ნაწილაკებიდან რომელიმე ათასობით ტონა დეტექტორის მასალაში არსებულ დაახლოებით 10³⁰ ბირთვიდან ერთ-ერთს მაინც შეეჯახება.
დიდი ხნის განმავლობაში ნეიტრინოებს, ფოტონების მსგავსად, უმასოდ მიიჩნევდნენ. თუმცა, 1990-იან წლებში ნეიტრინულ ობსერვატორიებში ჩატარებულმა ექსპერიმენტებმა Super-Kamiokande-სა და SNO-ში აჩვენა, რომ ნეიტრინოებს ნულზე განსხვავებული მასა აქვთ. უფრო ზუსტად, დაკვირვებებმა აჩვენა, რომ ნეიტრინოებს ოსცილაცია შეუძლიათ - ერთი სახეობიდან მეორეში გარდაქმნა. ეს კი პირდაპირ მიუთითებს მათ არანულოვან მასაზე.
ნეიტრინოების მატერიასთან უკიდურესად სუსტი ურთიერთქმედება მათ ასტრონომებისთვის განსაკუთრებით საინტერესო ნაწილაკებად აქცევს. დღეს თითქმის ყველა ობსერვატორია სამყაროს შორეულ რეგიონებს ელექტრომაგნიტური გამოსხივების (რადიოდან რენტგენულ და გამა-დიაპაზონამდე) ფოტონების საშუალებით შეისწავლის. მაგრამ ელექტრომაგნიტური გამოსხივება მატერიაში ძლიერ იფანტება და შთაინთქმება. ეს სერიოზულ დაბრკოლებას ქმნის, განსაკუთრებით შორეული ობიექტების კვლევისას. ნეიტრინოების შემთხვევაში კი გალაქტიკათშორისი გარემო და მატერია მთლიანობაში საწყის სიგნალს გაცილებით ნაკლებად ამახინჯებს. შორეული წყაროდან მოსული ნეიტრინოების ენერგეტიკული სპექტრის შესწავლით შესაძლებელია წარმოდგენის შექმნა იქ მიმდინარე ფიზიკურ პროცესებზე.
დიდი ხნის განმავლობაში ფიზიკოსები ვერ ახერხებდნენ ნეიტრინული ექსპერიმენტების პრაქტიკულად განხორციელებას, ამისთვის უზარმაზარი დეტექტორი იყო საჭირო. ნეიტრინული ტელესკოპის იდეა ჯერ კიდევ 1960 წელს საბჭოთა მეცნიერმა მოსეი მარკოვმა (Moisey Alexandrovich Markov) წამოაყენა. თავდაპირველად დაახლოებით ერთი კუბური კილომეტრის მოცულობის დანადგარის ოკეანეში შექმნას ცდილობდნენ, თუმცა პროექტი ზედმეტად რთული აღმოჩნდა და მისი განხორციელება შეწყდა.
XX საუკუნის ბოლოს კი წლევანდელმა ნობელის პრემიის ლაურეატმა ამ მიზნით ანტარქტიდის ყინულის გამოყენება შესთავაზა. ჰალცენმა და მისმა კოლეგებმა ამ იდეის შემოწმება AMANDA-ს დახმარებით დაიწყეს - ეს IceCube-ის წინამორბედი ექსპერიმენტი იყო. 1990-იან წლებში მათ ანტარქტიდის ყინულში ფოტოდეტექტორების ჯაჭვები განათავსეს. ექსპერიმენტმა აჩვენა, რომ ანტარქტიდის ღრმა ყინული საკმარისად გამჭვირვალეა ასეთი დეტექტორების მუშაობისთვის. 1999 წელს კოლაბორაციამ IceCube-ის პროექტი წარადგინა - დაახლოებით ერთი კუბური კილომეტრის მოცულობის ნეიტრინული ობსერვატორია, რომლის სამეცნიერო ხელმძღვანელიც ჰალცენი გახდა. ქართველი ფიზიკოსებიდან კოლაბორაციაში მონაწილეობდა გია ჯაფარიძე (ატლანტის უნივერსიტეტი, აშშ).
IceCube გიგანტური ნეიტრინული ტელესკოპია, რომელიც ანტარქტიდის ყინულებში დაახლოებით 2–3 კილომეტრის სიღრმეზე მდებარეობს. იგი დაახლოებით ხუთი ათასი სინათლისადმი მგრძნობიარე სენსორისგან შედგება, რომლებიც გრძელ ჯაჭვებად არის გაერთიანებული და ყინულში გაბურღულ ჭაბურღილებშია ჩაშვებული. სენსორების ამოცანაა ნეიტრინოებთან დაკავშირებული ჩერენკოვის გამოსხივების ნათებების დაფიქსირება.
ამ პროცესის ფიზიკა დაახლოებით ასეთია: მაღალი ენერგიის ნეიტრინოები ყინულში ატომების ბირთვებს ეჯახებიან და წარმოქმნიან მეორეულ ნაწილაკებს, ძირითადად მიონებს. დიდი კინეტიკური ენერგიის მქონე მიონები ყინულში სინათლის სიჩქარეზე უფრო სწრაფად მოძრაობენ (თუმცა, რა თქმა უნდა, ვაკუუმში სინათლის სიჩქარეს ვერ გადააჭარბებენ). ამის შედეგად წარმოიქმნება დამახასიათებელი კონუსის ფორმის ლურჯი ნათება - ჩერენკოვის გამოსხივება. ნათების ინტენსივობის მიხედვით ფიზიკოსებს შეუძლიათ განსაზღვრონ მისი გამომწვევი მიონების ენერგია და შემდეგ აღადგინონ საწყისი ნეიტრინოს ენერგიაც. დეტექტორები გამოსხივებას დაახლოებით ერთი კუბური კილომეტრის მოცულობიდან აგროვებენ, სწორედ აქედან მოდის ობსერვატორიის სახელწოდება IceCube.
IceCube-ის მშენებლობა 2010 წელს დასრულდა. უკვე 2013 წელს კოლაბორაციამ გამოაცხადა ასტროფიზიკური წარმოშობის მაღალი ენერგიის ნეიტრინოების აღმოჩენის შესახებ - ნაწილაკებისა, რომელთა ენერგია პეტაელექტრონვოლტს აღწევდა და რომლებიც მზის სისტემის ფარგლებს გარედან მოდიოდნენ. ამ აღმოჩენამ 2013 წელს Physics World-ის „წლის სამეცნიერო გარღვევის“ ჯილდო მოიპოვა.
ოთხი წლის შემდეგ, 2017 წლის სექტემბერში, IceCube-მა დააფიქსირა მაღალი ენერგიის ნეიტრინო, რომელიც შორეული გალაქტიკის ცენტრში მდებარე ზემასიური შავი ხვრელიდან მოდიოდა, ორიონის თანავარსკვლავედის მიმართულებით. მოგვიანებით, 2022 წელს, IceCube-მა პირველად მოიპოვა მაღალი ენერგიის ნეიტრინოების გამოსხივების მტკიცებულება 47 მილიონი სინათლის წლის მანძილზე მდებარე აქტიური გალაქტიკიდან, ხოლო 2023 წელს - ირმის ნახტომიდან. ამ აღმოჩენებმა აჩვენა, რომ სამივე ეს წყარო კოსმოსურ სხივებს წარმოქმნის.
ამ აღმოჩენებმა ნეიტრინული ასტრონომიის დასაწყისს დაუდო საფუძველი: ნეიტრინოებმა მეცნიერებს საშუალება მისცა, შეესწავლათ კოსმოსური ნაწილაკების ამაჩქარებლები, რომელთა კვლევა ტრადიციული ოპტიკური ასტრონომიის მეთოდებით შეუძლებელია.
IceCube, როგორც ტელესკოპი, ჯერ კიდევ შორს არის სრულყოფილებისგან. ნეიტრინოს მოსვლის მიმართულებას იგი დაახლოებით ერთი გრადუსის სიზუსტით განსაზღვრავს. შედარებისთვის, მთვარის კუთხური დიამეტრი დაახლოებით ნახევარი გრადუსია. IceCube-ის განვითარების ერთ-ერთი გეგმა იყო იმ მოცულობის რამდენჯერმე გაზრდა, საიდანაც ჩერენკოვის გამოსხივება გროვდება. ამას ხელს უწყობს ამუნდსენ–სკოტის სადგურის ქვეშ არსებული ყინულის მაღალი გამჭვირვალობა, იგი მოსალოდნელზე გაცილებით გამჭვირვალე აღმოჩნდა. ამიტომ ფიზიკოსები იმედოვნებენ, რომ დამატებითი ფოტოდეტექტორების შედარებით მცირე რაოდენობითაც შეძლებენ დეტექტორის ეფექტური მოცულობის გაზრდას.
ამასთანავე, საჭიროა ახალი ნეიტრინული ტელესკოპების შექმნაც, რათა მსგავსი მოვლენების ერთდროული და დამოუკიდებელი დაკვირვება გახდეს შესაძლებელი. IceCube-ის გარდა, ასტრონომიულ დაკვირვებებს ხმელთაშუა ზღვის ნეიტრინული ობსერვატორია ANTARES-იც აწარმოებს. ამ კოლაბორაციაში ქართველი ფიზიკოსებიც მონაწილეობენ - თსუ-ს მაღალი ენერგიების ინსტიტუტიდან, პროფ. რევაზ შანიძის ხელმძღვანელობით. თუმცა მისი მგრძნობელობა ანტარქტიდის ობსერვატორიისაზე დაახლოებით ათჯერ ნაკლებია.
წყარო:
