Jason Koskinen fra Københavns Universitet foran den kjempestore IceCube-detektoren på Sydpolen. Den leter etter nøytrinoer med instrumenter dypt nede i isen. Alle data fra instrumentene kommer opp gjennom de to «tårnene» og inn til et datasenter.  (Foto: T. Waldemaier)
Jason Koskinen fra Københavns Universitet foran den kjempestore IceCube-detektoren på Sydpolen. Den leter etter nøytrinoer med instrumenter dypt nede i isen. Alle data fra instrumentene kommer opp gjennom de to «tårnene» og inn til et datasenter. (Foto: T. Waldemaier)

Fanger opp partikler som har reist tvers gjennom Jorden

Nøytrinoer kan passere gjennom alt mulig. En maskin på Sydpolen som fanger dem opp etter reisen gjennom Jorden, har funnet at partiklene gjennomgår en aldri så liten forvandling på ferden.

Published
Hvert sekund blir hver eneste kvadratcentimeter på kroppen din bombardert med milliarder av nøytrinoer. 
 
De bitte små partiklene finnes overalt i universet, men de gjør ikke mye ut av seg. 
 
På Sydpolen står det en gigantisk detektor som er så følsom at den likevel kan å oppdage dem. I et nytt eksperiment har detektoren fanget opp de små partiklene etter at de har reist tvers gjennom jorden – fra Nordpolen til Sydpolen. Nøytrinoer deles inn i tre typer.
 
– Vi har observert nøytrinoer som skifter karakter på reisen gjennom jorden – de går fra å være en type til en annen. Det er et virkelig fascinerende fenomen. Vi kjenner det ikke fra andre partikler, forteller Jason Koskinen, som leder IceCube-gruppen ved Københavns Universitet. 
 
Forskningen er publisert i det vitenskapelige tidsskriftet Physical Review D

Fakta

Hvert eneste sekund blir hver kvadratcentimeter på kroppen din rammet av omkring ti milliarder nøytrinoer. Men de påvirker nesten aldri atomene i kroppen.


Sjansen for at en nøytrino gjør det gjennom all den tiden vi lever, er omkring 50 prosent – og hvis det skulle skje, så vil vi likevel ikke merke det.


Kilde: Ulrik Ingerslev Uggerhøj, professor ved Institut for Fysik og Astronomi ved Aarhus Universitet. 
 

Kunnskap fra fjerne områder 

At nøytrinoer kan reise rett gjennom deg, hunden din, huset ditt og resten av Jordkloden, uten at du oppdager det, skyldes at de bare påvirker omgivelsene sine i ekstremt sjeldne tilfeller. 
 
– Nøytrinoer påvirker stort sett ikke noe som helst, og det er både en fordel og en ulempe. De kan reise uhindret gjennom hele universet – uansett hvor de kommer fra – og til jordkloden. Derfor kan de ta med seg kunnskap fra de fjerneste områdene av universet.
 
– Men det er samtidig en ulempe for oss: De er ekstremt vanskelige å oppdage, forklarer Ulrik Ingerslev Uggerhøj, som er professor ved Institut for Fysik og Astronomi ved Aarhus Universitet. 

Må være heldig 

Det internasjonale forskningsprosjektet IceCube har plassert en ekstremt stor detektor i isen på Sydpolen. Den begynner en og en halv kilometer under isen og fortsetter i en kilometer ned. 
 
– Normalt går nøytrinoer gjennom alt. Men en sjelden gang påvirker de omgivelsene sine. Hvis man skal lete etter dem, trenger man et stort og tett område, forklarer Jason Koskinen. 
 
Når en nøytrino en sjelden gang støter inn i atomer i isen, vil de gi fra seg ladede partikler og gi fra seg et blått lyst. 
 
– Detektoren vår har en hel masse optiske sensorer. Når de fanger opp det blå lyset, vet vi at det har vært en kollisjon med en nøytrino, forklarer Koskinen. 

Nøytrinoer reiser gjennom jorden 

IceCube-detektoren er laget for å fange opp signaler fra nøytrinoer fra det ytre rom. Disse nøytrinoene kan bli skapt når gamle stjerner dør i gigantiske eksplosjoner kjent som supernovaer. 
 
I den nye undersøkelsen viser forskerne at detektoren også kan brukes til å få kunnskap om nøytrinoer som blir produsert over jordens nordlige halvkule. 
 
De blir ifølge forskerne skapt når partikler (protoner) med høy energi treffer atmosfæren. Sammenstøtet kan produsere en byge av nøytroner som farer gjennom Jorden. Dermed kan IceCube-detektoren på Sydpolen altså bli truffet av nøytrinoer som ble dannet over Nordpolen. 

– Lover godt for fremtiden 

IceCube-detektoren dekker en kubikkilometer is på Sydpolen. Instrumentene består av 86 kabler, hver med 60 digitale optiske moduler (ekstremt følsomme lys-sensorer).  (Foto: (Illustrasjon: IceCube Collaboration) )
IceCube-detektoren dekker en kubikkilometer is på Sydpolen. Instrumentene består av 86 kabler, hver med 60 digitale optiske moduler (ekstremt følsomme lys-sensorer). (Foto: (Illustrasjon: IceCube Collaboration) )

– Denne undersøkelsen finner ikke noe avgjørende nytt om nøytrinoer. Men det er interessant at IceCube kan oppdage nøytrinoenes «karakterskifte». 
 
– Det lover godt for fremtiden. Hvis de får oppgradert IceCube, slik de har planer om, vil de kunne få spennende resultater, sier Uggerhøj, som selv forsker på kosmiske partikler. 

Underlig fenomen

Hver type nøytrino har sin masse – som imidlertid er uhyre liten: under en milliondel av et elektron. De tre typene er: elektron-nøytrino, myon-nøytrino og tau-nøytrino.
 
Forskerne mener at de nøytrinoene som oppstår i atmosfæren over Nordpolen oftest er myon-nøytrinoer, som har en høy energi. Men underveis på sin 13.000 kilometer lange reise gjennom jordkloden kan de bli til tau-nøytrinoer. 
 
– Det er ganske utrolig. Det henger sammen med at de gjennomgår kvantemekaniske svingninger, forklarer Jason Koskinen. 
 
For få år siden gjennomførte forskere fra den sveitsiske forskningsinstitusjonen CERN en rekke målinger som viste at nøytrinoer faktisk kunne bevege seg raskere enn lyset. Det vakte stor oppsikt – men viste seg å ha skjedd en målefeil, og at resultatene ikke stemte. 
 
Referanse:
 
M. G. Aartsen mfl.: Determining neutrino oscillation parameters from atmospheric muon neutrino disappearance with three years of IceCube DeepCore data, 2015, Physical Review D
 
© Videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygaard for forskning.no.