Forskere har opdaget en høj-energi, utroligt lille "spøgelses" -partikel kaldet en neutrino, der flyver gennem Antarktisk is og spores dens oprindelse tilbage til en bestemt blazar, meddelte de i dag, den 12. juli.
Fysikere er meget begejstrede for detektivarbejdet, der har fortalt dem om neutrinoens fødested. Men hvad pokker er en neutrino alligevel, og hvorfor betyder det noget, hvor tingene kom fra?
En neutrino er en subatomær partikel lige så lille som en elektron, men uden nogen ladning. Forskere ved, at neutrinoer har en lille smule masse, men de kan ikke fastlægge nøjagtigt, hvor lidt. Resultatet er, at neutrinoer har en tendens til at give andre ting den kolde skulder: De interagerer ikke meget med deres omgivelser ofte, hvilket gør dem vanskelige for forskere at få øje på. [Sporing af en neutrino til dens kilde: opdagelsen i billeder]
Ikke desto mindre er de overalt - din krop er pummeleret af omkring 100 billioner neutrinoer hvert sekund. Og forskere mener, at de underlige partikler kan være nøglen til nogle af de største mysterier om universet, herunder hvorfor materien vandt over antimaterie tidligt efter Big Bang.
"Neutrinos er fantastisk," fortalte Kate Scholberg, en partikelfysiker ved Duke University i North Carolina, til Space.com. Hun er partisk, da hun har brugt sin karriere på at studere de små ting, men det gør hende ikke forkert. "Vi er nødt til at forstå dem, hvis vi vil forstå alt."
Den nye forskning er et lille skridt for forskere i håb om at gøre netop det. Opdagelsen startede på IceCube Neutrino Observatory nær Sydpolen i september. Dybt inde i den antarktiske isplade spores et gitter med detektorer stien til en enkelt neutrino i 3D.
Stien var klar nok til at fysikerne kunne følge neutrinoens rejse tilbage i en lige linje over universet. På mindre end et minut bad de astronomer rundt om i verden om at vende deres teleskoper til det område af himlen og bemærke, om de så noget spændende. Og det gjorde de bestemt - der var en blazar, en massiv kilde til højenergielys kaldet gammastråler, i nøjagtigt det samme kvarter, og forskerne var i stand til at bekræfte blazaren som neutrinoens kilde.
Processen var mulig, fordi neutrinoer, som fotoner af lys, kan krydse ekstremt store afstande i universet i lige linjer uden at blive trukket af banen. Andre typer højenergipartikler kan ikke gøre det, fordi de er opladede. "De kommer forvrænget her," sagde Greg Sullivan, en fysiker ved University of Maryland, der arbejder med IceCube Neutrino Observatory og som var involveret i den nye forskning, Space.com. "Vi kan ikke spore dem tilbage til, hvor de kommer fra."
Udfordringen har forskrækket forskere i omkring et århundrede, da det betyder, at de ikke kan identificere, hvilken type objekter der skaber hvilken type meget ladet partikel. Frustrationen motiverede forskere til at åbne IceCube, den eneste neutrino-detektor, der er stor nok til at fange de utroligt høje energipartikler, der er født ud over vores galakse, i 2010.
"Neutrinos holdt løftet i nogen tid om at være i stand til at kortlægge himlen, som du ville med lys, men ved højere energi," sagde Sullivan. "Vi kan stille spørgsmål eller prøve at besvare spørgsmål, som du ellers ikke kunne."
Neutrinoer med lavere energi udnyttes allerede af astronomer gennem et netværk, der drives af Scholberg, som venter på at bruge et udbrud af neutrinoer for at få øje på den næste superknap i kernekollaps i Mælkevejen.
En sådan supernova blev sidst observeret i 1987, før moderne neutrino-detektorer eksisterede. Men når den næste eksploderer, vil Scholberg og hendes kolleger bruge neutrino-brasten for at advare astronomer i tide til at fange lyssignaturen. Neutrinoerne selv ville også fortælle forskere om, hvad der skete under begivenheden. ”Man kunne faktisk se et sort hul blive født i neutrinoerne,” sagde Scholberg.
Det, ligesom den nye blazar-forskning, ville være et gennembrud i, hvad forskere kalder multimessenger-astronomi, der bruger to eller flere forskellige kategorier af data, som lysfotoner, neutrinoer og tyngdekraftsbølger. Flere typer data betyder mere samlet information om, hvad der skete.
"Det er som et stort puslespil, og vi prøver at udfylde brikkerne," sagde Sullivan. "Ved at se billedet i både forskellige energier og forskellige partikler, kan vi virkelig prøve at forstå fysikken i, hvad der foregår."
Men Sullivan og hans kolleger er ikke tilfredse med at stoppe ved dagens meddelelse. ”Dette er bare det første skridt,” sagde han og tilføjede, at fysikere håber at opbygge en neutrino-detektor endnu større end IceCube. "Vi har meget mere derude at lære og se."
