W Antarktydę uderzyła niewiarygodnie energetyczna cząstka antymaterii. Potwierdziła założenia Modelu Standardowego
Ta jedna cząstka może wywołać lawinę odkryć w dziedzinie fizyki cząstek. W grudniu 2016 r. detektor cząstek znajdujący się na Antarktydzie zarejestrował najbardziej jak dotąd energetyczną cząstkę antymaterii.
Informacje o detekcji podano dopiero teraz, ponad cztery lata po detekcji.
Co uderzyło w Antarktydę?
Antyneutrino, czyli odpowiednik neutrina, cząstki i tak niezwykle trudnej do zarejestrowania. To konkretne antyneutrino przelatując przez Ziemię z prędkością bliską prędkości światła zderzyło się z elektronem gdzieś w lodzie Antarktydy. Jak zwykle w przypadku energetycznych zderzeń cząstek fundamentalnych, tak i tym razem w zderzeniu dwóch cząstek powstała cała paleta innych. Nikt by tego nie zauważył, gdyby nie fakt, że na Antarktydzie stoi detektor neutrin o nazwie
IceCube Neutrino Observatory
To właśnie IceCube dostarczył nam na przestrzeni ostatnich dziesięciu lat większości naszej obecnej wiedzy o neutrinach. Obserwatorium składa się z ponad pięciu tysięcy kulistych czujników optycznych zawieszonych na 86 pionowych linach na głębokości 1500-2500 m pod powierzchnią lodu. Sam detektor wykrywa 275 neutrin dziennie, ale tak energetycznego antyneutrina jako cztery lata temu dotychczas nie obserwowano.
Samo zderzenie cząstki z elektronem wywołało charakterystyczną dla takich zdarzeń lawinę innych cząstek, wśród których fizycy dopatrzyli się dowodu tzw. rezonansu Glashowa - zjawiska, które postulowano już w latach sześćdziesiątych, a którego do dzisiaj nie dało się w żaden sposób potwierdzić.
Fizyk Stephen Glashow przewidywał, że w zderzeniu bardzo energetycznego antyneutrina z elektronem powinna na chwilę powstać ciężka cząstka zwana bozonem W. Do takiego wniosku prowadziły założenia Modelu Standardowego, czyli obecnie przyjmowanej teorii opisującej fizykę cząstek elementarnych. Teoria jednak musiała pozostać teorią, ponieważ żaden detektor cząstek ani wtedy, ani obecnie nie jest w stanie wytworzyć niezbędnej do jej potwierdzenia energii - 6,3 petaelektronowoltów (PeV). Dla porównania: jest to 450 razy więcej niż maksymalna energia, jaką pod koniec lat dwudziestych fizycy planują uzyskiwać w Wielkim Zderzaczu Hadronów, w którym odkryto bozon Higgsa. Szans na wytworzenie takiej energii zatem póki co nie ma.
IceCube jednak nie musi wytwarzać żadnej energii - wystarczy, że zarejestruje cząstkę, dla której akceleratorem cząstek jest wszechświat. Antyneutrino, które zderzyło się z elektronem w lodzie Antarktydy wytworzyło całą paletę cząstek, która według fizyków powstała w procesie rozpadu bozonu W, co z kolei jest dowodem na to, że faktycznie doszło do rezonansu Glashowa, a więc antyneutrino miało energię wyższą niż 6,3 PeV.
To kto do nas strzela z antymaterii?
To z pewnością najciekawsze pytanie, na której jednak jak na razie nie ma odpowiedzi. Badacze wciąż nie wiedzą, w jakich procesach astrofizycznych powstają tak energetyczne cząstki antymaterii. Jednak każda detekcja tego typu będzie pozwalała tworzyć coraz lepsze modele obiektów, które je emitują.
W poszukiwaniach odpowiedzi na pytania dotyczące fizyki cząstek pomoże wkrótce także powstający od 2015 r. teleskop Baikal-GVD uruchomiony 13 marca. Teleskop zanurzony jest w jeziorze Bajkał na głębokości 750-1300 m, około 4 km od brzegu.
Także tutaj teleskop składa się ze sferycznych detektorów zawieszonych na długich linach. Aktualnie teleskop mierzy ok. 0.5 km sześciennego, ale w ciągu kilku lat zostanie powiększony do 1 km sześciennego. Nie zmienia to faktu, że już teraz jest to największy detektor neutrin na półkuli północnej. W jego powstanie zaangażowani są naukowcy z Czech, Niemiec, Polski, Rosji i Słowacji.
