Oprindelsen af kosmiske stråler har været et af de mest vedvarende mysterier i fysik, og det ser ud til, at det vil forblive sådan et stykke tid længere. En af de førende kandidater til, hvor kosmiske stråler kommer fra, er gammastråle-bursts, og fysikere håbede, at en enorm antarktisk detektor kaldet IceCube Neutrino Observatory ville bekræfte denne teori. Men observationer af over 300 GRB viste ingen tegn på kosmiske stråler. Kort sagt, kosmiske stråler er ikke det, vi troede, de var.
Men ligesom Thomas Edison, der sagde, at ”ethvert forkert forsøg er et andet skridt fremad”, betragter fysikere denne seneste konstatering som fremskridt.
”Selvom vi ikke har opdaget, hvor kosmiske stråler kommer fra, har vi taget et stort skridt hen imod at udelukke en af de førende forudsigelser,” sagde IceCube-hovedundersøger og fysikprofessor Francis Halzen fra University of Wisconsin – Madison.
Kosmiske stråler er elektrisk ladede partikler, såsom protoner, der rammer Jorden fra alle retninger med energier op til hundrede millioner gange højere end dem, der er skabt i menneskeskabte acceleratorer. De intense betingelser, der er nødvendige for at frembringe sådanne energiske partikler, har fokuseret fysikernes interesse på to potentielle kilder: de massive sorte huller i centrum af aktive galakser og gammastrålsprængninger (GRB'er), blitzer af gammastråler forbundet med ekstremt energiske eksplosioner, der er blevet observeret i fjerne galakser.
IceCube bruger neutrinoer, som menes at ledsage kosmisk stråleproduktion, til at udforske disse to teorier. I et papir, der blev offentliggjort i tidsskriftet 19. april af tidsskriftet, beskriver IceCube-forskere en søgning efter neutrinoer udsendt fra 300 gammastråler, der blev observeret, senest i sammenfald med SWIFT- og Fermi-satellitterne, mellem maj 2008 og april 2010. Overraskende nok blev de fandt ingen - et resultat, der modsiger 15 års forudsigelser og udfordrer en af de to førende teorier om oprindelsen af de kosmiske stråler med højeste energi.
Detektoren søger efter højenergi (teraelektronvolt; 1012-elektronvolt) neutrinoer, og i deres papir sagde teamet, at de fandt en øvre grænse for strømmen af energiske neutrinoer forbundet med GRB'er, som mindst er en faktor 3,7 under forudsigelserne. Dette indebærer, at begge GRB'er ikke er de eneste kilder til kosmiske stråler med energier større end 1018elektronvolt, eller effektiviteten af neutrino-produktion er meget lavere, end der er forudsagt. Uanset hvad, siger videnskabsmændene, skal vores nuværende teorier om kosmisk stråling og neutrino-produktion i GRB'er revideres. "Resultatet af denne neutrino-søgning er betydelig, fordi vi for første gang har et instrument med tilstrækkelig følsomhed til at åbne en ny vindue mod kosmisk stråleproduktion og de indre processer i GRB'er, ”sagde IceCube-talsmand og fysikprofessor Greg Sullivan fra University of Maryland. "Det uventede fravær af neutrinoer fra GRB'er har tvunget til en nyevaluering af teorien for produktion af kosmiske stråler og neutrinoer i en GRB-ildkugle og muligvis teorien om, at kosmiske stråler med høj energi genereres i ildkugler." IceCube er en partikeldetektor ved Sydpolen, der registrerer interaktioner mellem næsten masseløse neutrinoer. Instrumenterne observerer neutrinoer ved at detektere det svage blå lys, der produceres i neutrinointeraktioner i is. Neutrino kan let rejse gennem mennesker, vægge eller hele planeter, som Jorden. For at opdage deres sjældne interaktioner er IceCube bygget i en enorm skala. En kubik kilometer is is, der er nok til at passe til den store pyramide i Giza 400 gange, er instrumenteret med 5.160 optiske sensorer indlejret op til 2,5 kilometer dybt i isen. GRB'er, universets mest kraftfulde eksplosioner, observeres normalt først af satellitter ved hjælp af X -rays og / eller gammastråler. GRB'er ses cirka en gang om dagen og er så lyse, at de kan ses fra halvvejs over det synlige univers. Eksplosionerne varer normalt kun få sekunder, og i løbet af denne korte tid kan de overgå alt andet i universet. Videnskabsfolk siger, at forbedret teoretisk forståelse og flere data fra den konkurrerende IceCube-detektor vil hjælpe forskere med at forstå mysteriet med den kosmiske stråleproduktion. IceCube indsamler i øjeblikket flere data med den færdiggjorte, bedre kalibrerede og bedre forståede detektor.IceCube drives af et samarbejde med 250 fysikere og ingeniører fra USA, Tyskland, Sverige, Belgien, Schweiz, Japan, Canada, New Zealand, Australien og Barbados. Mere info om IceCube.
Kilde: IceCube / University of Wisconsin
