Jaringan penelitian internasional telah mengamati neutrino kosmik dengan energi memecahkan rekor di kedalaman Mediterania. Astrofisika Würzburg Sara Buson dan timnya juga terlibat.
Dari jurang Laut Mediterania, para ilmuwan termasuk ahli astrofisika dari kursi astronomi di Würzburg, Jerman, menggunakan teleskop neutrino KM3NET untuk mendeteksi neutrino kosmik dengan energi pemecah rekor sekitar 220 PEV. Detektor ARCA, bagian dari observatorium laut dalam KM3Net, menangkap peristiwa luar biasa ini, bernama KM3-230213A, yang merupakan neutrino paling energik yang pernah diamati.
Penemuan ini memberikan bukti pertama bahwa neutrino dari energi ekstrem seperti itu diproduksi di alam semesta, sebuah terobosan yang sekarang diterbitkan dalam edisi jurnal saat iniAlam.
After meticulous analysis and interpretation of the experimental data, the international scientific collaboration working with the kilometre-cubic KM3NeT neutrino telescope has identified a signal on 13 February 2023 with an energy 16,000 times greater than the most powerful particle collisions that can be produced by CERN’s Large Hadron Collider.
Detektor mengambil muon tunggal yang melintasi seluruh detektor, memicu sinyal di lebih dari sepertiga dari sensor aktif. Arah di mana ia melakukan perjalanan dan kekuatannya menunjukkan bahwa muon berasal dari neutrino kosmik yang dekat dengan detektor. Neutrino adalah partikel paling banyak kedua di alam semesta setelah foton (cahaya). Karena mereka berinteraksi sangat lemah dengan materi, mendeteksinya membutuhkan instrumen volume yang sangat besar.
Teleskop laut dalam yang besar
Teleskop KM3Net, yang saat ini sedang dibangun, adalah struktur laut dalam yang terdiri dari dua bagian, ARCA dan Orca. Setelah selesai, KM3NET akan berukuran lebih dari satu kilometer kubik. KM3Net bergantung pada air laut sebagai media deteksi dan perisai terhadap kebisingan latar belakang. Modul optik berteknologi tinggi mendeteksi cahaya Cherenkov, cahaya kebiruan yang dihasilkan selama pergerakan partikel yang sangat cepat yang diproduksi dalam interaksi neutrino melalui air.
Alam semesta berenergi tinggi penuh dengan peristiwa dramatis – lubang hitam supermasif, ledakan supernova, dan semburan sinar gamma – yang pekerjaan batinnya sebagian besar tetap misterius. Akselerator kosmik yang kuat ini menghasilkan aliran sinar kosmik, beberapa di antaranya berinteraksi dengan materi atau foton di sekitarnya untuk menghasilkan neutrino dan foton berenergi tinggi. Yang lain dapat bertabrakan dengan foton dari latar belakang microwave kosmik, menciptakan neutrino kosmogenik yang sangat energik.
Menjelajahi rentang energi yang belum dipetakan sebelumnya
KM3NET sekarang mendeteksi neutrino dari peristiwa astrofisika ekstrem, mengeksplorasi rentang energi yang sebelumnya belum dipetakan. “Deteksi pertama neutrino dalam ratusan rentang PEV ini membuka bab baru dalam astronomi neutrino,” kata Paschal Coyle, juru bicara KM3NET pada saat deteksi dan seorang peneliti di IN2P3/CNRS di Prancis. One Petaelectronvolt (PEV) sesuai dengan 1015 atau satu elektron miliar elektron.
Neutrino adalah salah satu partikel elementer yang paling misterius – mereka tidak memiliki muatan listrik, hampir tidak ada massa, dan hanya berinteraksi lemah dengan materi. “Mereka adalah utusan kosmik khusus yang mengungkapkan rahasia fenomena paling energik di alam semesta,” tambah Rosa Coniglione, wakil juru bicara KM3Net pada saat penemuan dan seorang peneliti di Infn di Italia.
Menentukan arah dan energi neutrino ini membutuhkan kalibrasi yang tepat dari teleskop dan algoritma rekonstruksi lintasan lanjutan. “Deteksi yang luar biasa ini dicapai dengan hanya sepersepuluh dari konfigurasi detektor akhir, menunjukkan potensi besar dari percobaan kami,” komentar Aart Heijboer, Fisika KM3Net dan Manajer Perangkat Lunak pada saat deteksi dan seorang peneliti di National Institute for Subatomic Physics untuk Fisika Subatomik Subatomik Nasional (Nikhef) di Belanda.
“Proyek KM3NET adalah detektor yang sangat besar, mencakup sekitar satu kilometer kubik dan menggunakan sekitar 200.000 photomultipliers,” kata Miles Lindsey Clark, KM3net Technical “Prestasi saat ini mencerminkan upaya kolaboratif yang luar biasa dari para insinyur, teknisi, dan ilmuwan yang bekerja di salah satu yang paling menantang itu yang paling menantang. lingkungan untuk penelitian neutrino. “
Asalnya tetap menjadi misteri
Asal usul neutrino rekor putus tetap menjadi pertanyaan terbuka. Ini mungkin berasal langsung dari akselerator kosmik ekstragalaksi yang kuat. “Kandidat utama adalah Blazar, inti galaksi aktif yang ditenagai oleh lubang hitam supermasif yang memancarkan lebih banyak radiasi daripada seluruh galaksi mereka. Atau, sinyal energik bisa menjadi deteksi pertama neutrino kosmogenik,” kata Profesor Sara Buson, pemimpin ERC- Proyek Messmapp yang didanai di University of Würzburg (JMU) dan Desy, dan seorang kolaborator dalam karya ini – “The ERC” Sebuah studi yang dipimpin oleh tim Messmapp dan kolaborator, yang muncul hari ini di Arxiv, mengeksplorasi asal mula Blazar dari km3net neutrino energik yang energik yang energik KM3NET ENERGETIC KM3NET ENERGICIK . “Dibutuhkan upaya penting dalam koordinasi tim ilmuwan internasional,” kata Dr. Massimiliano Lincetto, postdoc dalam kelompok Messmapp.
“Kami menggunakan sejumlah besar pengamatan di seluruh spektrum elektromagnetik, tersedia dari arsip dan melakukan pengamatan baru dengan fasilitas berbasis ruang groundand”, kata Leonard Pfeiffer, kandidat PhD dalam kelompok Messmapp – termasuk teleskop luas NASA Fermi dan Neil NASA Fermi NASA Fermi dan NASA NASA dan Neil NASA Fermi NASA Fermi NASA Fermi NASA Fermi NASA Fermi NASA NASA NASA Fermi Gehrels Swift Observatory. Hasil dari penelitian ini mengungkapkan sampel tujuh belas blazar yang mungkin mitra astrofisika dari neutrino. Di antara mereka, tiga menonjol karena sifat elektromagnetiknya. Pada waktu kedatangan neutrino, satu kandidat mitra menunjukkan suar radio, objek lain menampilkan flare sinar gamma, objek lain menunjukkan emisi sinar-X yang ditingkatkan.
KM3NET: Pemain Kunci dalam Astronomi Multi-Messenger
Sementara tidak satu pun dari sumber astrofisika ini secara meyakinkan dapat dikaitkan dengan UHE neutrino, rencana peningkatan detektor dan kalibrasi KM3NET yang direncanakan diharapkan untuk secara signifikan meningkatkan lokalisasi neutrino, dan mengurangi degenerasi dalam asosiasi. Untuk mempelajari lebih lanjut, para astronom dan fisikawan perlu mendeteksi lebih banyak peristiwa semacam itu. Proyek KM3NET berkembang dengan unit deteksi tambahan dan meningkatkan pengumpulan data, meningkatkan kemampuannya untuk mendeteksi neutrino kosmik dan menjadikannya pemain kunci dalam astronomi multi-messenger.
“Asal dan mekanisme di balik neutrino yang sangat energik ini – partikel yang hampir tanpa massa dan netral secara elektrik – tetap menjadi misteri mendalam di alam semesta kami. Tim kami akan terus memanfaatkan astronomi multi -messenger, yang merupakan kunci untuk menyelesaikan teka -teki ini,” simpul Prof. Buson.
Publikasi
Kolaborasi KM3NET: Pengamatan Neutrino Kosmik Energi-Ultra-High dengan KM3NET, Kolaborasi KM3NET, Nature, 12 Februari 2025, mengkarakterisasi rekan Blazar dari peristiwa ultra-energi KM3-230213A yang diamati oleh KM3NET. Kolaborasi KM3NET, 12 Februari 2025, Open Access, Arxiv: XXXXXXX
