Physics,Atom & CosmosIceCube scienc

Physics,
Atom & Cosmos
IceCube science
To find some of the smallest things in the universe, scientists have to think big
by Stephen Ornes [1]

The South Pole has the most extreme weather conditions on Earth, but some scientists think it’s the best place to watch for neutrinos.
Francis Halzen/NSF
Francis Halzen has an unusual job. This scientist studies itsy bitsy, teeny tiny objects zipping through the universe. They’re called neutrinos.
His job should be easy because neutrinos are all around us, all the time. They pass from the depths of outer space to the depths of your sock drawer — and then just keep going. And don’t even think about trying to count these super-tiny particles. The neutrinos flying around our universe outnumber all of the people, animals, plants, satellites, planets, stars, galaxies, black holes and asteroids combined.
They’re also fast, traveling at almost the speed of light. In the time it took you to read the previous paragraph, more than a trillion neutrinos zoomed through you.
They always travel in straight lines. Some fly from your eyes to your ears, others from your feet to your head. They fly from the left, from the right and from everywhere in between. Although you can’t see them, they’re also flying through everything you can see.
So you would think Halzen’s job at the University of Wisconsin-Madison should be a snap. All he has to do is catch a few of the gazillions passing through his university every day.
But they are so small and fast that they can fly through almost anything without leaving a trace. Not even photons, the “particles” that carry light, can do that. Neutrinos are so amazingly hard to see that some scientists have taken to calling them “ghost particles.”
“Neutrinos are one of the most common particles in the universe, but in some ways one of the hardest to capture,” says Jim Madsen of the University of Wisconsin-River Falls. Like Halzen, he looks for neutrinos.
Even Wolfgang Pauli, the first scientist to think of neutrinos, had his doubts. He reportedly wrote in a letter, “I have done a terrible thing. I have invented a particle that cannot be detected.”
Since Pauli’s time, scientists have found ways to build neutrino detectors and search for the strange particle. Halzen is in on the hunt. He is leading a team of scientists building a neutrino detector at the bottom of the world, not far from the South Pole. The machine, called IceCube, is about half done.
When complete, IceCube will be the largest scientific instrument in the world, the size of about 1,000 Empire State Buildings. Isn’t it strange that to find the smallest thing, scientists will have to use the biggest machine?
Why bother looking for neutrinos? These tiny particles can tell us about black holes and exploding stars. Scientists at the South Pole believe IceCube might also pull back the curtain on outer space, revealing strange new things that we can’t yet even imagine.
Tiny ghosts from outer space
Neutrinos travel in straight lines, passing right through almost every kind of matter without changing direction. That means “we can use these particles to bring us information from regions of space that other things can’t,” explains Doug Cowen, an IceCube scientist at Pennsylvania State University in University Park.
Take the area around black holes, for example. Believed to exist at the core of most galaxies, black holes are ultra-compact objects with a mass millions to billions of times that of our sun. They’re difficult to study because they absorb most kinds of radiation, including visible light. If light from a black hole doesn’t get to Earth, then we can’t “see” it.
Scientists suspect that when supermassive black holes “eat” some nearby matter, powerful jets of energy escape into space. The jets can quickly create a stream of high-energy neutrinos, which travel in an everlasting straight beam through space. Other particles might also escape a black hole, but they can be quickly absorbed by dust or deflected by electromagnetic fields.
When an instrument like IceCube detects high-energy neutrinos, scientists can trace the straight line backwards to pinpoint its parent black hole. The neutrinos’ path through the detector will serve, like an arrow, to point at the black hole. Once astronomers know where to look, they can then use other instruments to study the black hole.

When a star explodes in a supernova, it ejects neutrinos that travel through space at nearly the speed of light. Scientists try to analyze the neutrinos when they pass through the Earth.
NASA
Scientists can use the same technique to find exploding stars. The most common type of neutrino forms within the cores of stars like our sun. When the star “dies,” it can explode into a bright ball called a supernova. Like black holes, supernovas are difficult to observe. The sky is big and only two or three supernovas may occur in our galaxy every century. What’s more, their explosions may last only a few seconds. But like black holes, supernovas eject streams of neutrinos, which can serve as a sort of energy “fingerprint” by which the supernova can be traced.
Neutrinos from supernovas, however, have much less energy than those spewed by black holes. That’s one way scientists can tell them apart.
In 1987, astronomers found a nearby supernova. The stream of neutrinos it had emitted were detected all around Earth. Those neutrinos arrived at the Earth a few hours before light from the supernova did, apparently because the neutrinos weren’t slowed down through interactions with dust and other matter along the way. So neutrinos can provide a first alert for astronomers, suggesting where they should point their telescopes to catch major upcoming events.
Scientists working on IceCube hope their machine will also solve one of the biggest mysteries in outer space. “Cosmic rays” are powerful streams of radiation that blow through the universe. Many scientists suspect that they’re leftover radiation from old supernovas. To find out, they hope to find neutrinos from these old explosions and match them to the cosmic rays.
“We expect to detect neutrinos from these sources.” Doing so would provide not only the first solid evidence but indeed “the smoking gun for that theory,” Halzen says.
While scientists are excited about looking for such things, they’re even more excited at the idea of stumbling onto unexpected deep-space surprises with IceCube.
“To me the really fascinating thing would be to discover something that hasn’t been seen with any other technique,” Madsen says. He likens that to the excitement experienced when people peered through the first microscopes.
Looking for a faint blue light

IceCube is made up of a grid of sensors that can detect the blue light from a collision between a neutrino and an atom.
NSF
Neutrinos are one type of subatomic particle (see “The Particle Zoo”). The name means “little neutral one.” They’re described as neutral because they don’t have a positive or a negative electric charge.
Finding neutrinos is tricky, but not impossible. Most pass through matter without running into anything. Occasionally, however, a neutrino smashes into an atom. This collision produces an unusual phenomenon: a flash of eerie blue light. This glow is called Cerenkov (chair ENK uf) radiation.
Instead of trying to stop neutrinos, which is almost impossible, scientists scout for this blue light. Although faint, it can travel dozens of meters (hundreds of feet) through water or ice if the conditions are right. Because Cerenkov radiation is so faint, however, neutrino detectors must be shielded from other types of light and energy that might mask the blue light.
To screen other light out, scientists have taken their neutrino quest underground, because Earth acts like a giant filter. Earth or its atmosphere absorbs most particles that zip through the universe towards our planet. Only tiny particles like neutrinos can easily pass through. IceCube’s position at the South Pole means it can find neutrinos that entered Earth in the north and traveled all of the way through our planet.

Technicians at the Super-Kamiokande neutrino detector have to take a boat to repair one of its thousands of light sensors.
Kamioka Observatory, ICRR (Institute for Cosmic Ray Research), University of Tokyo
An older neutrino spotter lies beneath a mountain in Japan. Its giant, spherical tank holds about 50 million liters (13 million gallons) of water, enough to fill 20 Olympic-size swimming pools. The inside of the tank is lined with thousands of beach-ball–sized detectors that can pick up even the faintest flash of blue light.
Many neutrino-scouting devices look like the one in Japan: large tanks, deep underground. Some contain regular water, others a type enriched with a heavy form of hydrogen (known as deuterium). Until last year, scientists used such a tank, located in Canada. At an abandoned gold mine in South Dakota, scientists are building a similar underground neutrino-scouting system. And on the floor of the Mediterranean Sea, European scientists are installing an underwater neutrino detector with sensors that float on long strings.
Although all of the tank-based systems are remote, they can be seen. But if you go to the South Pole to visit IceCube, prepare to be disappointed. Scientists are burying this detector more than a mile beneath the snowy surface. If you were standing on top of it, you’d never know it. There are a few buildings around and a landing strip for an airplane, but those are the only clues.

You’d never guess that buried beneath the snow and ice is the world’s largest scientific instrument.
NSF
That’s not the only thing that sets IceCube apart from other neutrino detectors. At nearly all of the others, the telltale blue neutrino fingerprint is identified as it passes through water. At IceCube, Francis Halzen and his team are taking a different approach. They’re building IceCube inside

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

ฟิสิกส์,
อะตอม&คอสมอส
วิทยาศาสตร์แอปเปิ้ล
เพื่อค้นหาบางสิ่งเล็กที่สุดในจักรวาล นักวิทยาศาสตร์ได้คิดใหญ่
โดยสตีเฟน Ornes [1]

ขั้วโลกใต้มีสภาพอากาศที่มากที่สุดในโลก แต่นักวิทยาศาสตร์บางคนคิดว่า มันเป็นการดูการ neutrinos
ฟรานซิส Halzen/NSF
ฟรานซิส Halzen มีการงานผิดปกติ นี้นักวิทยาศาสตร์ศึกษาอิตซีบิตซีลายตัวนั้น ทีนี่เล็ก ๆ วัตถุ zipping ผ่านจักรวาล พวกเขากำลังเรียกว่า neutrinos การ
งานของเขาควรจะง่าย เพราะ neutrinos เป็นรอบ ตลอดเวลานั้น พวกเขาผ่านจากความลึกของอวกาศที่ความลึกของลิ้นชักถุงเท้าของคุณ — แล้ว เพิ่งเก็บไป และไม่ได้คิดเกี่ยวกับการพยายามนับอนุภาคเตอร์รุ่นเล็ก ๆ เหล่านี้ Neutrinos บินรอบจักรวาลของเรามีจำนวนมากกว่าทุกคน สัตว์ พืช ดาวเทียม ดาวเคราะห์ ดาว ชื่อดาราจักร หลุมดำ และดาวเคราะห์น้อย.
ใปยังรวดเร็ว เดินทางเกือบความเร็วของแสง ในเวลาที่คุณอ่านย่อหน้าก่อนหน้าใช้ neutrinos มากกว่าล้านล้านขยายผ่านคุณ
เสมอเดินในเส้นตรง บางส่วนบินจากตากับหูของคุณ อื่น ๆ จากเท้าถึงศีรษะ พวกเขาบินจากซ้าย จากด้านขวา และ จากทุกที่ในระหว่างการ แม้ว่าคุณไม่สามารถมองเห็นพวกเขา พวกเขากำลังยังบินผ่านทุกสิ่งที่ คุณสามารถดูได้
ดังนั้นคุณจะคิดว่า ควรเป็นงานของ Halzen ที่ในมหาวิทยาลัยของวิสคอนซินเมดิสันได้ ทั้งหมดต้องทำเป็นจับของ gazillions ผ่านมหาวิทยาลัยของเขาทุกวัน
แต่ก็มีขนาดเล็กมาก และรวดเร็วที่พวกเขาสามารถบินผ่านเกือบทุกอย่างโดยไม่ทิ้งรอย ไม่แม้แต่ photons "อนุภาค" ที่มีแสง สามารถทำที่ Neutrinos ยากจึงน่าอัศจรรย์เห็นว่า นักวิทยาศาสตร์บางคนได้ไปเรียกพวกเขา "ผีอนุภาค"
"Neutrinos เป็นหนึ่งอนุภาคมากที่สุด ในจักรวาล แต่ ในบางรูปแบบหนึ่งที่ยากที่สุดในการจับภาพ"กล่าวว่า จิมแมดเซนของมหาวิทยาลัยวิสคอนซินแม่น้ำน้ำตก เช่น Halzen เขาหา neutrinos การ
แม้ Wolfgang Pauli นักวิทยาศาสตร์ที่แรกคิดว่า neutrinos มีข้อสงสัยของเขา เขารายงานเขียนในจดหมาย "ฉันได้กระทำสิ่งน่ากลัว ผมได้คิดค้นอนุภาคที่ไม่สามารถพบ"
ตั้งแต่เวลาของ Pauli นักวิทยาศาสตร์พบวิธีการสร้างเครื่องตรวจจับนิวตริโนและค้นหาอนุภาค strange Halzen อยู่ในการล่าสัตว์ เขาเป็นผู้นำทีมนักวิทยาศาสตร์ที่สร้างเครื่องตรวจจับนิวตริโนที่ด้านล่างของโลก ไม่ไกลจากขั้วโลกใต้ เครื่องจักร แอปเปิ้ล เรียกว่าประมาณครึ่งหนึ่งเสร็จ
เมื่อสมบูรณ์ แอปเปิ้ลจะเป็นเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ที่ใหญ่ที่สุดในโลก ขนาดประมาณ 1อาคารรัฐจักรวรรดิ 000 ไม่แปลกที่จะพบสิ่งเล็กที่สุด นักวิทยาศาสตร์จะต้องใช้เครื่องที่ใหญ่ที่สุด?
หา neutrinos อยู่ทำไม อนุภาคเล็ก ๆ เหล่านี้สามารถบอกเราเกี่ยวกับหลุมดำและดาวระเบิด นักวิทยาศาสตร์ที่ขั้วโลกใต้เชื่อว่า แอปเปิ้ลอาจยังดึงกลับม่านบนอวกาศ เผยให้เห็นสิ่งใหม่ ๆ แปลก ๆ ที่เราไม่ได้แม้กระทั่งจินตนาการ
ผีเล็ก ๆ จากอวกาศ
Neutrinos การเดินทางในเส้นตรง ขวาผ่านเกือบทุกประเภทของเรื่องโดยไม่เปลี่ยนทิศทาง หมายความ ว่า "เราสามารถใช้อนุภาคเหล่านี้จะนำข้อมูลจากขอบเขตของพื้นที่ที่สิ่งอื่น ๆ ไม่ เรา" อธิบายโคเวน Doug นักวิทยาศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยแห่งรัฐเพนซิลวาเนียในมหาวิทยาลัยสวนแอปเปิ้ลที่
ใช้พื้นที่โดยรอบหลุมดำ ตัวอย่าง เชื่อการมีอยู่ของชื่อดาราจักรส่วนใหญ่ หลุมดำเป็นวัตถุพิเศษกระชับ มีมวลล้านถึงพันล้านเท่าของดวงอาทิตย์ของเรา พวกเขาจะยากที่จะเรียนเนื่องจากพวกเขาดูดซับส่วนใหญ่ชนิดของรังสี รวมทั้งแสงที่มองเห็น ถ้าแสงจากหลุมดำไม่ได้รับการโลก แล้วเราไม่สามารถ "เห็น"
นักวิทยาศาสตร์สงสัยว่า เมื่อหลุมดำมวลยวดยิ่ง "กิน" บางใกล้เคียงกับเรื่อง jets ประสิทธิภาพพลังงานหนีเข้าไปในพื้นที่ ฉีดสามารถสร้างกระแสของ neutrinos high-energy ที่ท่องเที่ยวในการคานตรงนิรันดร์ผ่านช่องว่างอย่างรวดเร็ว อนุภาคอื่น ๆ อาจยังหนีหลุมดำ แต่พวกเขาสามารถดูดซึม โดยฝุ่น หรือ deflected โดยสนามแม่เหล็กไฟฟ้าได้อย่างรวดเร็ว
เมื่อเครื่องมือเช่นแอปเปิ้ลตรวจพบ high-energy neutrinos นักวิทยาศาสตร์สามารถติดตามบรรทัดตรงย้อนหลังเพื่อระบุหลุมดำเป็นหลัก เส้นทางของ neutrinos ผ่านเครื่องตรวจจับจะทำหน้าที่ เช่นลูกศร จุดที่หลุมดำ เมื่อนักดาราศาสตร์ทราบว่าจะค้นหา พวกเขาสามารถใช้เครื่องมืออื่น ๆ เพื่อศึกษาหลุมดำ.

เมื่อดาวระเบิดในซูเปอร์โนวา มันเลื่อน neutrinos ที่เดินทางผ่านพื้นที่ที่เกือบความเร็วของแสง นักวิทยาศาสตร์พยายามวิเคราะห์ neutrinos เมื่อพวกเขาผ่านไปผ่านโลก
NASA
นักวิทยาศาสตร์สามารถใช้เทคนิคเดียวกันเพื่อค้นหาดาวที่ระเบิดได้ ชนิดทั่วไปของฟอร์มนิวตริโนภายในแกนของดาวเช่นดวงอาทิตย์ของเรา เมื่อดาว "ตาย มันสามารถกระจายเป็นเรียกว่ามหานวดาราแบบลูกสดใส เช่นหลุมดำ supernovas ยากที่จะสังเกตได้ ท้องฟ้ามีขนาดใหญ่ และเพียงสอง หรือสาม supernovas อาจเกิดขึ้นในกาแล็กซี่ของเราทุก ๆ ศตวรรษ แก่ การระเบิดอาจนานเพียงไม่กี่วินาที แต่เหมือนหลุมดำ supernovas เอากระแสของ neutrinos ซึ่งสามารถใช้เป็นการเรียงลำดับพลังงาน "นิ้วมือ" โดยที่ซูเปอร์โนวาที่สามารถติดตาม
Neutrinos จาก supernovas อย่างไรก็ตาม มีพลังงานมากน้อยกว่า spewed โดยหลุมดำ นักวิทยาศาสตร์ทางเดียวที่สามารถแยกแยะได้
1987 นักดาราศาสตร์พบซูเปอร์โนวาใกล้เคียงได้ กระแสของ neutrinos ได้ออกพบทั่วโลก Neutrinos เหล่าถึงดินกี่ชั่วโมงก่อนที่แสงจากซูเปอร์โนวาที่ได้ เห็นได้ชัดเนื่องจาก neutrinos การไม่ชะลอตัวลงผ่านการโต้ตอบกับฝุ่นและเรื่องอื่น ๆ ไปพร้อมกัน เพื่อ neutrinos สามารถให้การแจ้งเตือนครั้งแรกสำหรับนักดาราศาสตร์ แนะนำที่พวกเขาควรชี้ telescopes ของพวกเขาจะจับหลักเกิดขึ้นเหตุการณ์นั้น
นักวิทยาศาสตร์ที่ทำงานกับแอปเปิ้ลหวังว่า เครื่องของพวกเขาจะยังแก้ลึกลับที่ใหญ่ที่สุดในอวกาศ "รังสีคอสมิก" เป็นกระแสที่มีประสิทธิภาพของรังสีที่พัดผ่านจักรวาล นักวิทยาศาสตร์จำนวนมากสงสัยว่า เป็นรังสีที่เหลือจาก supernovas เก่า การค้นหา พวกเขาหวังว่า neutrinos จากระเบิดเก่าเหล่านี้ และจับคู่กับรังสีคอสมิก
"เราคาดว่าจะตรวจจับ neutrinos จากแหล่งเหล่านี้"การทำเช่นนั้นจะให้ไม่เพียงแต่หลักฐานแข็งแรก แต่แน่นอน"ปืนบุหรี่สำหรับทฤษฎีว่า" Halzen กล่าวว่า .
ในขณะที่นักวิทยาศาสตร์กำลังตื่นเต้นเกี่ยวกับการค้นหาสิ่งของต่าง ๆ พวกเขากำลังตื่นเต้นมากที่ความคิดของการสะดุดลงอวกาศประหลาดใจที่ไม่คาดคิดกับแอปเปิ้ล
"ให้ฉัน สิ่งน่าสนใจจริง ๆ จะค้นพบสิ่งที่ไม่เห็น ด้วยใด ๆ อื่นเทคนิค แมดเซนว่า เขา likens ที่มีประสบการณ์เมื่อผู้ peered ผ่านแรกกล้องจุลทรรศน์ความตื่นเต้น
หาไฟสีน้ำเงินจาง ๆ

แอปเปิ้ลขึ้นเป็นตารางของเซนเซอร์ที่สามารถตรวจจับแสงสีฟ้าจากการชนกันระหว่างนิวตริโนอะตอมมี
NSF
Neutrinos เป็นชนิดหนึ่งของอนุภาค subatomic (ดู "เดอะอนุภาคซู") ชื่อหมายถึง "กลางนิดหนึ่ง" พวกเขากำลังอธิบายเป็นกลางเนื่องจากไม่มีการบวกหรือการลบไฟฟ้าค่าธรรมเนียม
หา neutrinos เป็นยุ่งยาก ไม่ไปไม่ได้ ส่วนใหญ่ผ่านไปตามเรื่องโดยไม่ต้องทำงานเป็นอะไร บางครั้ง อย่างไรก็ตาม นิวตริโน smashes เป็นอะตอม ชนนี้ก่อให้เกิดปรากฏการณ์ผิดปกติ: กะพริบแสงประหลาดสีน้ำเงิน เรืองแสงนี้เรียกว่ารังสี Cerenkov (เก้าอี้ ENK uf) .
แทนพยายามหยุด neutrinos ซึ่งเป็นไปไม่ได้เกือบ นักวิทยาศาสตร์ scout สำหรับไฟสีฟ้านี้ มัว แม้ว่ามันสามารถเดินทางไปหลายสิบเมตร (หลายร้อยฟุต) ผ่านน้ำหรือน้ำแข็งหากมีเงื่อนไขเหมาะสม เนื่องจากรังสี Cerenkov มัวดังนั้น อย่างไรก็ตาม เครื่องตรวจจับนิวตริโนที่ต้องป้องกันจากแสงและพลังงานที่อาจหน้ากากบลูไฟชนิดอื่น ๆ
กับจออื่น ๆ ไฟออก นักวิทยาศาสตร์ได้เควสของนิวตริโนใต้ดิน เนื่องจากดินที่ทำหน้าที่เหมือนตัวยักษ์ โลกหรือบรรยากาศดูดซับอนุภาคส่วนใหญ่ที่ผ่านทางจักรวาลต่อโลกของเรา เพียง อนุภาคเล็ก ๆ เช่น neutrinos สามารถผ่าน ตำแหน่งของแอปเปิ้ลที่ขั้วโลกใต้หมายถึง จะสามารถค้นหา neutrinos ที่โลกในภาคเหนือ และเดินทางผ่านโลกของเราทั้งหมด

ช่างที่เครื่องตรวจจับนิวตริโน Kamiokande ซุปเปอร์ได้นำเรือไปซ่อมแซมหนึ่งพันของเซนเซอร์แสง.
หอดู ดาว Kamioka, ICRR (สถาบันวิจัยรังสีคอสมิก) มหาวิทยาลัยโตเกียว
นักสืบนิวตริโนที่เก่าที่อยู่ภายใต้ภูเขาในญี่ปุ่น ของยักษ์ ถังทรงกลมมีประมาณ 50 ล้านลิตร (13 ล้านแกลลอน) น้ำ พอเติมสระว่ายน้ำขนาดโอลิมปิค 20 ภายในถังจะเต็มไป ด้วยพันจับบี ball–sized ที่สามารถรับได้แฟลช faintest ของแสงสีน้ำเงิน
อุปกรณ์เนตรนารีนิวตริโนจำนวนมากเหมือนในญี่ปุ่น: ถังขนาดใหญ่ บาดาล บางประกอบด้วยน้ำทั่วไป อื่น ๆ ชนิดที่อุดมไป ด้วยแบบหนักของไฮโดรเจน (เรียกว่าดิวเทอเรียม) จนถึงปีล่าสุด นักวิทยาศาสตร์ใช้เช่นถัง ตั้งอยู่ในประเทศแคนาดา ในการละทิ้งเหมืองทองคำในเซาท์ดาโคตา นักวิทยาศาสตร์กำลังสร้างคล้ายดินเนตรนารีนิวตริโนระบบ และชั้นบนของทะเลเมดิเตอร์เรเนียน นักวิทยาศาสตร์ยุโรปติดตั้งเครื่องตรวจจับนิวตริโนใต้น้ำที่ มีเซ็นเซอร์ที่ล่องลอยในสายยาวได้
ถึงแม้ว่าระบบที่ใช้ถังเป็นระยะไกล พวกเขาสามารถมองเห็นได้ แต่ถ้าคุณไปที่ขั้วโลกใต้ไปแอปเปิ้ล ทำให้ผิดหวัง นักวิทยาศาสตร์มี burying นี้จับกว่าไมล์ใต้พื้นผิวหิมะ ถ้าคุณก็ยืนอยู่บนนั้น คุณจะไม่เคยรู้ก็ มีอาคารกี่รอบและลานสำหรับเครื่องบิน แต่ผู้ที่ได้เดียวปม

คุณไม่เคยเดาที่ฝังอยู่ใต้หิมะ และน้ำแข็งอยู่ในโลกที่ใหญ่ที่สุดทางวิทยาศาสตร์เครื่องมือ
NSF
นั่นไม่ใช่สิ่งเดียวที่แอปเปิ้ลจากเครื่องตรวจจับนิวตริโนอื่น ๆ เกือบทุกคน ระบุลายนิ้วมือนิวตริโนสีฟ้าปากโป้งผ่านน้ำ ที่แอปเปิ้ล ฟรานซิส Halzen และทีมของเขาจะมีวิธีแตกต่างกัน พวกเขากำลังสร้างแอปเปิ้ลภายใน

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

ฟิสิกส์อะตอมจักรวาล

& icecube วิทยาศาสตร์
ที่จะพบบางส่วนของสิ่งที่เล็กที่สุดในจักรวาล นักวิทยาศาสตร์ต้องคิดใหญ่
โดย สตีเฟน ornes [ 1 ]

ขั้วโลกใต้มีมากที่สุดของสภาพอากาศบนโลก แต่นักวิทยาศาสตร์บางคนคิดว่าเป็นสถานที่ที่ดีที่สุดเพื่อดู halzen นิวตริโน .
ฟรานซิส / NSF
ฟรานซิส halzen มีงานที่ผิดปกติ นักวิทยาศาสตร์ศึกษาเล็กมาก ,กระจ้อยร่อยวัตถุซิปผ่านจักรวาล เค้าเรียก neutrinos .
งานน่าจะง่ายเพราะนิวตริโนอยู่รอบตัวเราตลอดเวลา พวกเขาผ่านจากความลึกของพื้นที่รอบนอกเพื่อความลึกของลิ้นชักถุงเท้าของคุณแล้วเพียงแค่เก็บไป อย่าแม้แต่จะคิดเกี่ยวกับการพยายามที่จะรวมเหล่าซุปเปอร์อนุภาคขนาดเล็ก . ที่อนุภาคนิวตรอนบินรอบจักรวาลของเรามากกว่าทุกคนสัตว์ , พืช , ดาวเทียม , ดาวเคราะห์ , ดาว , กาแลคซี , หลุมดำและดาวเคราะห์น้อยรวม .
พวกเขายังรวดเร็ว เดินทางใกล้ความเร็วแสง ในเวลาที่คุณอ่านย่อหน้าก่อนหน้านี้กว่าล้านล้าน neutrinos ซูมผ่านคุณ .
พวกเขามักจะเดินทางเส้นตรง บางคนบินมาจากดวงตาของคุณกับหูของคุณ คนอื่น ๆจากเท้าถึงหัว พวกเขาบินจากด้านซ้ายจากและทุกที่ในระหว่าง แม้ว่าคุณจะไม่เห็นพวกเขา พวกเขายังบินผ่านทุกสิ่งที่คุณเห็น
ดังนั้นคุณจะคิดว่า halzen เป็นงานที่มหาวิทยาลัยวิสคอนซิน แมดิสัน ควรเป็น snap ทั้งหมดที่เขาต้องทำคือจับไม่กี่ของ gazillions ผ่าน
มหาวิทยาลัยของเขาทุกวันแต่พวกเขามีขนาดเล็กและรวดเร็วว่าพวกเขาสามารถบินผ่านเกือบทุกอย่างโดยไม่ทิ้งร่องรอย แม้แต่โฟตอน , " อนุภาค " ที่นำแสง ที่สามารถทำได้ นิวตริโนจึงน่าอัศจรรย์ที่หาดูได้ยากที่นักวิทยาศาสตร์บางคนได้ถ่ายเพื่อเรียกพวกเขาว่า " อนุภาคผี "
" นิวตริโนเป็นหนึ่งในที่พบมากที่สุดของอนุภาคในจักรวาล แต่ในบางวิธีที่ยากที่จะจับ" บอกว่า จิม แมดเซ่นของมหาวิทยาลัยวิสคอนซินแม่น้ำน้ำตก ชอบ halzen เขามองหานิวตริโน .
แม้แต่โวล์ฟกัง เพาลี นักวิทยาศาสตร์คนแรกที่คิด neutrinos , มีข้อสงสัยของเขา เขาเขียนในจดหมายว่า " ผมได้ทำสิ่งที่แย่มาก ฉันได้ค้นพบอนุภาคที่ไม่สามารถตรวจพบ "
เนื่องจากของเวลานักวิทยาศาสตร์ได้พบวิธีที่จะสร้างเครื่องตรวจจับนิวตริโนและค้นหาอนุภาคประหลาด halzen กำลังตามล่าอยู่ เขาเป็นผู้นำทีมนักวิทยาศาสตร์สร้างเครื่องตรวจจับนิวตริโนที่ด้านล่างของโลก ไม่ไกลจากขั้วโลกใต้ เครื่องเรียก icecube ประมาณครึ่งทำ .
เมื่อเสร็จสมบูรณ์ icecube จะเป็นเครื่องมือวิทยาศาสตร์ที่ใหญ่ที่สุดในโลก ขนาดประมาณ 1000 เอ็มไพร์รัฐอาคาร มันไม่แปลกที่จะค้นหาสิ่งที่เล็กที่สุด นักวิทยาศาสตร์จะต้องใช้เครื่องที่ใหญ่ที่สุด ?
ทำไมต้องมองหา neutrinos ? อนุภาคเล็ก ๆเหล่านี้สามารถบอกเราเกี่ยวกับหลุมดำและระเบิดดาว นักวิทยาศาสตร์ที่ขั้วโลกใต้ เชื่อ icecube อาจดึงกลับม่านบนอวกาศ เปิดเผยสิ่งใหม่แปลกที่เราไม่ได้คิด
ผีจากพื้นที่รอบนอกๆ neutrinos
เดินทางเส้นตรงผ่านขวาผ่านเกือบทุกประเภทของเรื่อง โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงทิศทาง นั่นหมายความว่าเราสามารถใช้อนุภาคเหล่านี้จะนำข้อมูลจากภูมิภาคของพื้นที่นั้น ๆไม่สามารถ อธิบายว่า " ดั๊ก โคเวน , icecube นักวิทยาศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยแห่งรัฐเพนซิลวาเนียในสวนสาธารณะมหาวิทยาลัย .
เอาพื้นที่รอบๆ หลุม ดำ เป็นต้นเชื่อว่าจะอยู่ที่แกนกลางของกาแล็กซีส่วนใหญ่ หลุมดำมีขนาดเล็กพิเศษวัตถุที่มีมวลล้านถึงพันล้านเท่าของดวงอาทิตย์ พวกเขากำลังยากที่จะศึกษาเพราะพวกเขาดูดซับมากที่สุดชนิดของรังสี รวมทั้งแสงที่มองเห็น . ถ้าแสงจากหลุมดำไม่ได้ให้กับโลก แล้วเราไม่สามารถ " มองเห็น " .
นักวิทยาศาสตร์สงสัยว่าเมื่อหลุมดำ " กิน " ที่บางเรื่องที่มีประสิทธิภาพเครื่องบินหนีพลังงานในพื้นที่ เจ็ตส์สามารถสร้างกระแสของอนุภาคนิวตรอนพลังงานสูง ซึ่งการเดินทางในคานตรง นิรันดร์ ผ่านพื้นที่ อนุภาคอื่น ๆยังอาจหนีหลุมดำ แต่พวกเขาสามารถดูดซึมได้อย่างรวดเร็วโดยฝุ่นหรือเบี่ยงเบนโดย
สนามแม่เหล็กไฟฟ้าเมื่อเครื่องดนตรี เช่น พลังงาน icecube ตรวจจับนิวตริโน นักวิทยาศาสตร์สามารถติดตามบรรทัดตรง ถอยหลัง ระบุ ของพ่อแม่ หลุมดำ เส้นทางผ่านเครื่องตรวจจับนิวตริโนจะให้บริการเหมือนลูกศรชี้ไปที่หลุมดำ เมื่อนักดาราศาสตร์ทราบว่าเพื่อดู พวกเขาสามารถใช้เครื่องมืออื่น ๆเพื่อศึกษาหลุมดำ

เมื่อดาวระเบิดเป็นซูเปอร์โนวา ,มัน ejects นิวตริโนที่เดินทางผ่านพื้นที่ที่เกือบความเร็วแสง นักวิทยาศาสตร์พยายามศึกษานิวตริโนเมื่อพวกเขาผ่านโลก นักวิทยาศาสตร์นาซา

สามารถใช้เทคนิคเดียวกันเพื่อหาระเบิดดาว ชนิดที่พบมากที่สุดของรูปแบบองค์กรภายในแกนของดาว เช่น ดวงอาทิตย์ของเรา เมื่อดาว " ตาย " มันสามารถระเบิดเป็นลูกสดใส ที่เรียกว่า ซูเปอร์โนวา เหมือนหลุมดำซุปเปอร์โนวา ยากที่จะสังเกต ท้องฟ้าใหญ่ เพียงสอง หรือสามซุปเปอร์โนวาอาจเกิดขึ้นในดาราจักรของเราทุกศตวรรษ มากขึ้นอะไร , การระเบิดของพวกเขาอาจเพียงไม่กี่วินาที แต่เหมือนหลุมดำ ซุปเปอร์โนวาออกกระแสนิวตริโนซึ่งสามารถทำหน้าที่เป็นจัดเรียงของลายนิ้วมือ " พลังงาน " ซึ่งซูเปอร์โนวาสามารถ traced
นิวตริโนจากซุปเปอร์โนวา อย่างไรก็ตามได้พลังงานมากน้อยกว่า spewed โดยหลุมดำ นั่นเป็นวิธีหนึ่งที่นักวิทยาศาสตร์สามารถบอกพวกเขาออกจากกัน
ในปี 1987 นักดาราศาสตร์พบซูเปอร์โนวาใกล้เคียง กระแสนิวตริโนได้ออกมาตรวจพบได้ทั่วโลก นิวตริโนนั้นมาถึงโลกไม่กี่ชั่วโมง ก่อนที่แสงจากระเบิดทำเห็นได้ชัดว่าเพราะนิวตริโนไม่ได้ชะลอตัวลงผ่านการโต้ตอบกับฝุ่นและวัตถุอื่น ๆไปพร้อมกัน ดังนั้น นิวตริโนสามารถให้การแจ้งเตือนเป็นครั้งแรกสำหรับนักดาราศาสตร์ แนะนำที่พวกเขาควรจะชี้กล้องโทรทรรศน์ของพวกเขาที่จะจับเหตุการณ์ที่จะเกิดขึ้นที่สำคัญ
นักวิทยาศาสตร์ที่ทำงานใน icecube หวังว่าเครื่องของพวกเขาจะยังแก้ปัญหาหนึ่งในความลึกลับที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในพื้นที่รอบนอก" รังสีคอสมิก " ที่มีประสิทธิภาพสตรีมของรังสีที่ยิงทะลุจักรวาล นักวิทยาศาสตร์หลายคนสงสัยว่าพวกเขาจะเหลือรังสีจากซุปเปอร์โนวาเก่า เพื่อดู พวกเขาหวังว่าจะพบนิวตริโนจากการระเบิดเก่าเหล่านี้และตรงกับพวกเขากับรังสีคอสมิก .
" เราคาดหวังที่จะตรวจจับนิวตริโนจากแหล่งที่มา" ทำเพื่อให้ไม่เพียง แต่แรกหลักฐาน แต่แน่นอน " ปืนสูบบุหรี่สำหรับทฤษฎีที่กล่าวว่า " halzen .
ในขณะที่นักวิทยาศาสตร์ตื่นเต้นเกี่ยวกับการมองหาสิ่งที่พวกเขายิ่งตื่นเต้น ความคิดสะดุดลงในที่ห้วงอวกาศที่น่าประหลาดใจกับ icecube .
" ฉัน สิ่งที่น่าสนใจจริง ๆ จะค้นพบบางอย่างที่ยังไม่ได้เจอกับเทคนิคอื่น ๆ " แมดเซ่นกล่าว เขา likens เพื่อความตื่นเต้นที่มีประสบการณ์เมื่อคน peered ผ่านกล้องจุลทรรศน์แรก .
หาลมฟ้า

icecube ถูกสร้างขึ้นจากตารางของเซ็นเซอร์ที่สามารถตรวจจับแสงสีฟ้าจากการปะทะระหว่างนิวตริโนกับ NSF

อะตอมนิวตริโนเป็นประเภทหนึ่งของอนุภาคซึ่งเล็กกว่าอะตอม ( ดู " อนุภาคสวนสัตว์ " ) ชื่อหมายถึง " เล็ก ๆน้อย ๆหนึ่งเป็นกลาง " มันอธิบายอย่างเป็นกลาง เพราะพวกเขาไม่มีบวกหรือลบ ประจุไฟฟ้า
ค้นหา neutrinos มันยากแต่ใช่ว่าจะเป็นไปไม่ได้ ส่วนใหญ่ผ่านเรื่องได้โดยไม่ต้องทำงานอะไร ในบางครั้ง แต่เป็นนิวตริโนแตกเป็นอะตอมการชนนี้ก่อให้เกิดปรากฏการณ์ที่ผิดปกติ : แฟลชของฟ้าที่น่าขนลุก เรืองแสงนี้เรียกว่าเชอเรนคอฟ ( เก้าอี้ ENK UF ) รังสี
แทนที่จะพยายามหยุดนิวตริโนซึ่งเป็นเกือบเป็นไปไม่ได้สำหรับนักวิทยาศาสตร์ลูกเสือสีฟ้านี้ แม้ว่าจะเป็นลม มันสามารถเดินทางหลายสิบเมตร ( 100 ฟุต ) ผ่านน้ำหรือน้ำแข็งถ้าเงื่อนไขถูกต้อง เพราะรังสีเชอเรนคอฟก็เป็นลม อย่างไรก็ตามเครื่องตรวจจับนิวตริโนจะต้องป้องกันจากชนิดอื่น ๆของแสงและพลังงานที่อาจหน้ากากสีฟ้า
หน้าจอแสงอีก นักวิทยาศาสตร์ได้เอาเควสของนิวตริโนใต้ดิน เพราะโลกนี้เป็นเหมือนตัวยักษ์ โลกหรือบรรยากาศดูดซับอนุภาคมากที่สุดที่ซิปผ่านจักรวาลที่มีต่อดาวของเรา มีอนุภาคขนาดเล็กเช่นนิวตริโนสามารถผ่านได้icecube ตำแหน่งที่ขั้วโลกใต้ หมายความว่า มันสามารถค้นหา neutrinos ที่ป้อนโลกเหนือและเดินทางทุกวิธีผ่านดาวเคราะห์ของเรา

ช่างที่ซุปเปอร์กามิโอกันเต้นิวตริโนเครื่องต้องเอาเรือไปซ่อมหนึ่งพันแสงเซ็นเซอร์ .
คคามิโอะกะได้มั้ยค่ะหอดูดาว icrr ( สถาบันวิจัยรังสีคอสมิก ) มหาวิทยาลัยโตเกียว
,แก่องค์กรนักสืบอยู่ใต้ภูเขาในประเทศญี่ปุ่น ยักษ์ใหญ่ ทรงกลม , ถังเก็บประมาณ 50 ล้านลิตร ( 13 ล้านแกลลอนของน้ำ พอเติม 20 โอลิมปิกขนาดสระว่ายน้ำ ภายในของถังเรียงรายไปด้วยพันบอลชายหาด ) ขนาดเครื่องตรวจจับที่สามารถรับแม้ faintest แสงสีฟ้า
หลายนิวตริโนลูกเสืออุปกรณ์เหมือนในญี่ปุ่น : รถถังขนาดใหญ่ใต้ดินลึก บางประกอบด้วยน้ำธรรมดา ๆชนิดที่อุดมไปด้วยรูปแบบหนักของไฮโดรเจน ( ที่เรียกว่าดิวทีเรียม ) ปีที่แล้ว นักวิทยาศาสตร์ใช้ถังตั้งอยู่ในแคนาดา ที่เหมืองทองร้าง ใน เซาธ์ ดาโกต้า นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างระบบที่คล้ายกันนิวตริโนใต้ดินลูกเสือ . และบนพื้นของทะเลเมดิเตอร์เรเนียนนักวิทยาศาสตร์ในยุโรปที่มีการติดตั้งเครื่องตรวจจับด้วยเซ็นเซอร์ใต้น้ำนิวตริโนที่ลอยบนยาวสตริง .
ถึงแม้ว่าทั้งหมดของถังจากระบบระยะไกลที่พวกเขาสามารถมองเห็น แต่ถ้าคุณไปถึงขั้วโลกใต้ เพื่อเยี่ยมชม icecube เตรียมที่จะผิดหวัง นักวิทยาศาสตร์ได้ฝังเครื่องนี้กว่ากิโลเมตรใต้พื้นผิวที่เต็มไปด้วยหิมะ ถ้าคุณยืนอยู่บนนั้น คุณไม่มีทางรู้หรอกมีเพียงไม่กี่อาคารรอบๆและสนามบินสำหรับเครื่องบิน แต่นั่นเป็นเบาะแสเดียว

คุณเคยเดาว่าถูกฝังอยู่ใต้หิมะและน้ำแข็งเป็นเครื่องมือวิทยาศาสตร์ที่ใหญ่ที่สุดของโลก จาก

ไม่ใช่สิ่งเดียวที่ชุดตรวจจับนิวตริโน icecube นอกเหนือจากอื่น ๆ เกือบทั้งหมดของผู้อื่นโดยปากโป้งนิวตริโนลายนิ้วมือระบุสีฟ้าที่มันผ่านน้ำ ที่ icecube , ฟรานซิส halzen และทีมงานของเขาจะใช้วิธีการที่แตกต่างกัน พวกเขากำลังสร้าง icecube ภายใน