Oppdag våre andre nettsteder:

Du leter kanskje etter...

Oppdag våre andre nettsteder:

Annonse

Rekord-partikkel oppdaget i Middelhavet:
– Den høyeste energien som noen gang er målt

Nøytrinoet hadde 30 ganger mer energi enn noe vi har sett tidligere. – Dette er ganske spektakulært, sier norsk fysiker.

En metallkule med mange lysegule kameralinser er fotografert av et ubemannet fartøy under vann.

Rekord-partikkelen ble oppdaget av slike kuler med svært lysfølsomme kameraer. Kulene henger i lange rader, spredt ut over et område med stille, klart vann, 3.000 meter under havoverflata i Middelhavet.

(Foto: KM3NeT)

Ingrid Spilde journalist

Publisert 12.02.2025 - 17:00

– Dette nøytrinoet hadde den høyeste energien som noen gang er målt. Det er kult i seg selv, sier Are Raklev, professor i fysikk ved Universitetet i Oslo.

Partikkelen, som traff jorda den 13. februar 2023, hadde en energi på 220 petaelektronvolt – eller 220 millioner milliarder elektronvolt. Den høyeste energien målt i noen elementærpartikkel.

Men verdien av oppdagelsen kan vise seg å bli langt større enn en rekord.

– Nøytrinoer gir oss informasjon som ikke kan nå oss på noen annen måte. De kan fortelle oss om voldsomme prosesser som skjer ekstremt langt unna.

Hvilken betydning akkurat denne partikkelen får, avhenger imidlertid hva som skjer de neste årene, ifølge professoren.

En forsker jobber med elektronikk inne i en gjennomsiktig halvkule på et bord. Inni halvkula sitter mange kamera med linsene utover mot glasset. — En forsker jobber med en liten bit av utstyret som nå har oppdaget den mest energirike partikkelen vi noen gang har registrert.

Spøkelsespartikler

Det er egentlig en bragd i seg selv å finne et nøytrino. Disse partiklene er nemlig nesten umulig å oppdage.

Ikke fordi det er få av dem. Tvert imot. Disse bitte små elementærpartiklene finnes overalt rundt oss, hele tiden.

Men de lar seg knapt påvirke av noen ting.

Nøytrinoene har ingen ladning og nesten ingen masse. De suser stort sett tvers igjennom alt de møter, som deg, jordkloden og sola. Denne egenskapen er bakgrunnen for at nøytrinoet ofte kalles for spøkelsespartikkelen.

Men dette spøkelset blir altså likevel av og til fanget på kamera.

For en sjelden gang krasjer et nøytrino rett inn i kjernen på et atom. Da dannes det andre partikler som spruter ut fra krasjstedet. Og disse partiklene lager igjen et spor av lysglimt som følsomme sensorer kan fange opp.

Hva betyr høy energi?

220 millioner milliarder elektronvolt er en ekstremt høy energi for et enkelt nøytrino.

Men sammenlignet med ting vi er vant med i vår makroskopiske verden, er dette omlag den energien som trengs for å løfte et eple ti centimeter.

Kilde: Are Raklev

Teleskop på havbunnen

Det er akkurat dette som har skjedd i et helt nytt nøytrinoteleskop, på bunnen av Middelhavet.

KM3NeTs ARCA-detektor befinner seg i det klare, urørlige vannet tre tusen meter under badegjester og cabincruisere utenfor Sicilia. Forskerne fra The KM3NeT Collaboration bruker nettopp dette stille, mørke vannet som en del av instrumentet.

Forskerne har senket ned kjeder av svært følsomme lysdetektorer, fordelt utover et område i dypet. Når et av de sjeldne nøytrinokrasjene produserer små lysglimt i bekmørket, vil detektorene fange dem opp.

Og når det lyser opp på den måten, er det garantert på grunn av nøytrinoer. De er de eneste partiklene som kan trenge så dypt ned uten å bli stoppet av stoff på veien.

Forskere bruker det samme prinsippet i IceCube-teleskopet på Sørpolen, men med kilometertykk is i stedet for vann.

Men hvorfor driver de egentlig med dette?

Hvis nøytrinoene bare farer igjennom alt, som spøkelser, hvorfor skal vi bruke så mye krefter på å fange dem opp?

Her ser du de to store ARCA-detektorene og den mindre ORCA-detektoren til KM3NeT-teleskopet. Videoen viser hvordan enkelt-partikler skyter mellom kjedene av kuler med kameraer. Kameraene registrerer lysglimtene som skapes på partiklenes vei igjennom detektoren.

Rett fram igjennom rommet

– Nøytrinoer peker rett mot kilden de kommer fra, sier Raklev.

De fleste andre partikler samhandler med magnetfelt på veien slik at ferden igjennom rommet bøyes av, og det blir umulig å si hvor de egentlig stammer fra.

Men nøytrinoene suser bare rett fram fra fenomenene som lagde dem. Dermed bærer de også med seg informasjon om disse kildene. I noen tilfeller informasjon som vi ikke kan få på noen andre måter.

Nøytrinoer med veldig høy energi kan kanskje fortelle oss om fenomener vi vet veldig lite om fra før.

Forskere sitter og jobber ved et langt bord. På bordet ligger en kjede med store metallkuler med mange øye-lignende kameraer på hver. Kulene er koblet sammen med ledninger. — Her jobber forskerne ved The KM3NeT Collaboration med to kjeder av kuler med lysfølsomme kameraer. Kjedene skal festes til havbunnen, og strekke seg oppover i vannsøylen på 300 meters dyp.

– Pussig

Foreløpig er det ikke godt å si hva dette ene, ekstremt energirike nøytrinoet betyr, mener Raklev.

Nøytrinoer kan generelt dannes på ulike måter, for eksempel i radioaktive reaksjoner på jorda. Men denne svært energirike partikkelen kommer trolig utenfra – kanskje langt utenfor vår egen galakse.

– Det nye funnet er egentlig litt pussig, sier Raklev.

Nøytrinodetektoren IceCube på Sørpolen har vært i drift lenge, men der er det ikke observert partikler med så høy energi. Så hvorfor dukket det opp en i det helt nye observatoriet Middelhavet?

Til alt overmål er ikke KM3NeT engang ferdig. Forskerne har bare rukket å få ned 10 prosent av lysdetektorene som skal på plass.

Tegningen viser hvordan kameraene i kjedene på havbunnen reagerte på rekord-partikkelen. (Eiffeltårnet er satt inn for å vise størrelsen) Nøytrinoet skar igjennom planeten, nesten parallelt med jordskorpa, og krasjet med en atomkjerne i grunnfjellet eller vannet i nærheten av detektoren. I kollisjonen ble det skapt en annen partikkel – et myon – med enorm energi. Det raste igjennom detektoren. På veien traff myonet en hel rekke andre atomer, som sendte ut hvert sitt lille lysglimt. Til sammen dannet de et nesten horisontalt spor som lyste opp detektoren.

Flaks, eller en ny kilde?

Det er liten tvil om at observasjonen er riktig, mener Raklev.

Det finnes ikke noe annet som kunne ha lagd det karakteristiske sporet av lys så dypt nede i havet. Det er heller ikke sannsynlig at resultatet skyldes feil i utstyret.

Så, har The KM3NeT Collaboration bare hatt usannsynlig flaks, og fått inn en tilfeldig ekstremt energirik partikkel?

Eller har de funnet en hittil ukjent kilde til flere slike partikler? KM3NeT står i en annen retningen enn IceCube, og kan tilfeldigvis være rettet inn mot et eller annet fenomen som skaper ekstremt energirike nøytrinoer.

To forskere står på stiger over en diger kule full av teknologi og ledninger, Kula står på dekket til en båt, med blått hav i bakgrunnen. — Til tross for den store oppdagelsen, er KM3NeT-teleskopet faktisk langt fra ferdig. Bare en brøkdel av kameraene er senket ned til havbunnen. Her tar forskerne en siste sjekk på en av kjedene med kamera-kuler. Kjeden er rullet sammen i den store ballen som skal gjøre det mulig å folde utstyret ut nede i dypet.

Blazar

En mulighet er at partikkelen stammer fra et av de mest voldsomme objektene i universet: En blazar – en ekstremt kompakt og lyssterk galaksekjerne.

Forskerne i The KM3NeT Collaboration har allerede undersøkt hva som finnes i retningen det ekstreme nøytrinoet kom fra, og identifisert 12 mulige blazarer.

Men rekordpartikkelen kan også stamme fra andre – også helt ukjente – fenomener.

– Det er et åpent spørsmål hvor kosmisk stråling med veldig høy energi kommer fra, sier Raklev.

Men dersom KM3NeT med tida registrerer flere rekordpartikler fra samme kilde, kan vi kanskje få bedre svar.

– Det er jo håpet. Det blir interessant å følge med på dette.

Men her er det bare å smøre seg med tålmodighet, advarer Raklev.

– Dette kan komme til å ta tid. Kanskje er det realistisk å snakke om et femårsperspektiv, sier han.

Referanse:

The KM3NeT Collaboration, Observation of an ultra-high-energy cosmic neutrino with KM3NeT, Nature, februar 2025. Sammendrag.