كان أصل الأشعة الكونية أحد الألغاز الأكثر ثباتًا في الفيزياء ، ويبدو أنه سيبقى على هذا الحال لفترة أطول. أحد الانفجارات الرئيسية التي تأتي منها الأشعة الكونية هو انفجارات أشعة جاما ، وكان الفيزيائيون يأملون أن يؤكد كاشف ضخم في القطب الجنوبي يسمى مرصد IceCube Neutrino هذه النظرية. لكن رصدات أكثر من 300 GRB لم تظهر أي دليل على الأشعة الكونية. باختصار ، الأشعة الكونية ليست ما كنا نظن أنها.
ولكن ، تمامًا مثل توماس إديسون الذي قال إن "كل محاولة خاطئة تم تجاهلها هي خطوة أخرى إلى الأمام" ، يرى علماء الفيزياء هذا الاكتشاف الأخير على أنه تقدم.
قال المحقق الرئيسي IceCube وأستاذ الفيزياء في جامعة ويسكونسن ماديسون فرانسيس هالزن: "على الرغم من أننا لم نكتشف من أين تأتي الأشعة الكونية ، فقد اتخذنا خطوة كبيرة نحو استبعاد أحد التوقعات الرائدة".
الأشعة الكونية هي جسيمات مشحونة كهربائيًا ، مثل البروتونات ، التي تضرب الأرض من جميع الاتجاهات ، مع طاقات تصل إلى مائة مليون مرة أعلى من تلك التي تم إنشاؤها في مسرعات من صنع الإنسان. وقد ركزت الظروف المكثفة اللازمة لتوليد مثل هذه الجسيمات النشطة اهتمام الفيزيائيين على مصدرين محتملين: الثقوب السوداء الهائلة في مراكز المجرات النشطة وانفجارات أشعة غاما (GRBs) ، ومضات أشعة غاما المرتبطة بالانفجارات النشطة للغاية التي لوحظت في المجرات البعيدة.
يستخدم IceCube النيوترينوات ، التي يعتقد أنها ترافق إنتاج الأشعة الكونية ، لاستكشاف هاتين النظريتين. في ورقة نشرت في عدد 19 أبريل من مجلة Nature ، يصف علماء IceCube بحثًا عن النيوترينوات المنبعثة من 300 رشقة أشعة غاما التي تمت ملاحظتها ، وكان آخرها بالتزامن مع سواتل SWIFT و Fermi ، بين مايو 2008 وأبريل 2010. ومن المدهش أنهم لم يتم العثور على أي شيء - وهي نتيجة تتناقض مع 15 عامًا من التوقعات وتتحدى إحدى النظريتين الرائدتين لأصل أعلى أشعة كونية ذات طاقة.
يبحث الكاشف عن الطاقة العالية (teraelectronvolt ؛ 1012-electronvolt) النيوترينوات ، وقال الفريق في ورقتهم إنهم وجدوا حدًا أعلى لتدفق النيوترينوات النشطة المرتبطة بال GRBs وهو عامل على الأقل 3.7 أقل من التوقعات. هذا يعني أن GRBs ليست المصادر الوحيدة للأشعة الكونية ذات الطاقات الأكبر من 1018الجهد الكهربائي ، أو كفاءة إنتاج النيوترينو أقل بكثير مما كان متوقعًا. في كلتا الحالتين ، يقول العلماء ، يجب إعادة النظر في نظرياتنا الحالية لإنتاج الأشعة الكونية والنيوترين في GRBs. "نتيجة هذا البحث عن النيوترينو مهمة لأنه لأول مرة لدينا أداة ذات حساسية كافية لفتح جديد قال الناطق باسم IceCube وأستاذ الفيزياء بجامعة ماريلاند جريج سوليفان: "نافذة على إنتاج الأشعة الكونية والعمليات الداخلية لـ GRBs". "الغياب غير المتوقع للنيوترينوات من GRBs أجبر على إعادة تقييم نظرية إنتاج الأشعة الكونية والنيوترينوات في كرة نارية GRB وربما النظرية القائلة بأن الأشعة الكونية عالية الطاقة تتولد في الكرات النارية." IceCube هو كاشف الجسيمات في القطب الجنوبي الذي يسجل تفاعلات النيوترينوات عديمة الكتلة تقريبًا. تراقب الأجهزة النيوترينوات من خلال الكشف عن الضوء الأزرق الباهت الناتج عن تفاعلات النيوترينو في الجليد. يمكن للنيوترينو أن تنتقل بسهولة عبر الناس أو الجدران أو الكواكب بأكملها ، مثل الأرض. من أجل اكتشاف تفاعلاتها النادرة ، تم بناء IceCube على نطاق هائل. كيلو متر مكعب من الجليد الجليدي ، بما يكفي لتلائم هرم الجيزة العظيم 400 مرة ، تم تجهيزه بـ 5،160 مستشعر ضوئي مدمج يصل عمقه إلى 2.5 كيلومتر في الجليد ، وعادة ما يتم رصد GRBs ، أقوى انفجارات الكون ، لأول مرة بواسطة الأقمار الصناعية باستخدام X - أشعة و / أو أشعة جاما. يتم النظر إلى GRBs مرة واحدة تقريبًا في اليوم ، وهي مشرقة جدًا بحيث يمكن رؤيتها من منتصف الطريق عبر الكون المرئي. عادة ما تستمر الانفجارات بضع ثوانٍ فقط ، وخلال هذه الفترة القصيرة يمكنهم التفوق على كل شيء آخر في الكون ، ويقول العلماء إن تحسين الفهم النظري والمزيد من البيانات من كاشف IceCube المتنافس سيساعد العلماء على فهم أفضل لغز إنتاج الأشعة الكونية. يقوم IceCube حاليًا بجمع المزيد من البيانات باستخدام الكاشف النهائي والمعاير بشكل أفضل والفهم الأفضل. يتم تشغيل IceCube من خلال تعاون 250 فيزيائيًا ومهندسًا من الولايات المتحدة الأمريكية وألمانيا والسويد وبلجيكا وسويسرا واليابان وكندا ونيوزيلندا وأستراليا و بربادوس. مزيد من المعلومات حول IceCube.
المصدر: IceCube / University of Wisconsin
