Opprinnelsen til kosmiske stråler har vært et av de mest varige mysteriene i fysikken, og det ser ut som det kommer til å holde seg slik en stund lenger. En av de ledende kandidatene for hvor kosmiske stråler kommer fra er gammastråleutbrudd, og fysikere håpet en enorm Antarktis detektor kalt IceCube Neutrino Observatory ville bekrefte den teorien. Men observasjoner av over 300 GRB viste ingen bevis på kosmiske stråler. Kort sagt, kosmiske stråler er ikke det vi trodde de var.
Men akkurat som Thomas Edison som sa at "hvert feil forsøk som kastes er et nytt skritt fremover", ser fysikere dette siste funnet som fremgang.
"Selv om vi ikke har oppdaget hvor kosmiske stråler kommer fra, har vi tatt et stort skritt for å utelukke en av de ledende spådommene," sa IceCube-hovedetterforsker og fysikprofessor Francis Halzen fra University of Wisconsin – Madison.
Kosmiske stråler er elektrisk ladede partikler, for eksempel protoner, som slår jorden fra alle retninger, med energier opp til hundre millioner ganger høyere enn de som er skapt i menneskeskapte gasspedaler. De intense forholdene som trengs for å generere slike energiske partikler, har fokusert fysikernes interesse for to potensielle kilder: de massive sorte hullene i sentrum av aktive galakser og gammastråle-bursts (GRBs), glimt av gammastråler assosiert med ekstremt energiske eksplosjoner som er blitt observert i fjerne galakser.
IceCube bruker nøytrinoer, som antas å følge med kosmisk stråleproduksjon, for å utforske disse to teoriene. I en artikkel publisert i 19. aprilutgaven av tidsskriftet Nature, beskriver IceCube forskere et søk etter nøytrinoer som er avgitt fra 300 gammastråleutbrudd observert, sist i tilfeldighet med SWIFT- og Fermi-satellittene, mellom mai 2008 og april 2010. Overraskende nok de fant ingen - et resultat som motsier 15 år med spådommer og utfordrer en av de to ledende teoriene for opprinnelsen til de kosmiske strålene med høyeste energi.
Detektoren søker etter høyenergi (teraelektronvolt; 1012-elektronvolt) nøytrinoer, og i deres papir sa teamet at de fant en øvre grense for fluksen av energiske nøytrinoer assosiert med GRB som er minst en faktor 3,7 under spådommene. Dette innebærer at enten GRB ikke er de eneste kildene til kosmiske stråler med energier større enn 1018elektronvolt, eller effektiviteten av nøytrino-produksjonen er mye lavere enn det som er forutsagt. Uansett, sier forskerne, vil våre nåværende teorier om kosmisk stråle- og nøytrinoproduksjon i GRBs måtte omgås. "Resultatet av dette neutrino-søket er betydelig fordi vi for første gang har et instrument med tilstrekkelig følsomhet for å åpne en ny vindu på kosmisk stråleproduksjon og de indre prosessene til GRB-er, sier IceCube-talsperson og fysikkprofessor Greg Sullivan fra University of Maryland. "Det uventede fraværet av nøytrinoer fra GRB-er har tvunget til en revurdering av teorien for produksjon av kosmiske stråler og nøytrinoer i en GRB-ildkule og muligens teorien om at høye energi kosmiske stråler genereres i brannkuler." IceCube er en partikkeldetektor ved Sørpolen som registrerer interaksjonene til en nesten masseløs nøytrino. Instrumentene observerer nøytrinoer ved å oppdage det svake blå lyset som produseres i nøytrinointeraksjoner i is. Neutrinos kan lett reise gjennom mennesker, vegger eller hele planeter, som Jorden. For å oppdage deres sjeldne interaksjoner er IceCube bygget i enorm skala. En kubikk kilometer med is is, nok til å passe til den store pyramiden i Giza 400 ganger, er instrumentert med 5,160 optiske sensorer innebygd opp til 2,5 kilometer dypt i isen. GRBs, universets kraftigste eksplosjoner, blir vanligvis først observert av satellitter ved bruk av X -rays og / eller gammastråler. GRB blir sett omtrent en gang per dag, og er så lyse at de kan ses fra halvveis over det synlige universet. Eksplosjonene varer vanligvis bare noen få sekunder, og i løpet av denne korte tiden kan de overgå alt annet i universet. Vitenskapsmenn sier at forbedret teoretisk forståelse og mer data fra den konkurrerende IceCube-detektoren vil hjelpe forskere å bedre forstå mysteriet med kosmisk stråleproduksjon. IceCube samler for tiden inn mer data med den ferdige, bedre kalibrerte og bedre forståtte detektoren. IceCube drives av et samarbeid av 250 fysikere og ingeniører fra USA, Tyskland, Sverige, Belgia, Sveits, Japan, Canada, New Zealand, Australia og Barbados. Mer informasjon om IceCube.
Kilde: IceCube / University of Wisconsin
