Høyenergi-nøytrino endelig fanget

Forskerne har lenge ment at nøytrinoer med veldig høy energi kan gi svar på en av universets store gåter. Nå har de endelig sett sporene av 28 stykker, i isen i Antarktis.

Publisert
IceCube-laboratoriet ligger ved  Amundsen-Scott-stasjonen i Antarktis. Dette er verdens største nøytrinodetektor. (Foto: Sven Lidstrom, IceCube/NSF, March 2012)
IceCube-laboratoriet ligger ved Amundsen-Scott-stasjonen i Antarktis. Dette er verdens største nøytrinodetektor. (Foto: Sven Lidstrom, IceCube/NSF, March 2012)

I dette sekundet blir hver kvadratmillimeter av kroppen din perforert av milliarder av partikler: nøytrinoer. Og det er ikke bare deg. Fantasillioner av nøytrinoer suser til en hver tid tvers igjennom hele jordkloden og fortsetter ufortrødent ut i rommet på andre sida.

De aller fleste av disse partiklene stammer fra sola, eller fra atmosfæren. Men en og annen kan komme fra mye lenger unna. Og slike langveisfarende nøytrinoer kan ha med seg informasjon som astronomene svært gjerne skulle slått kloa i.

Men der har du problemet med nøytrinoene: Hvordan slår du kloa i noe som ikke engang lar seg stoppe av jordkloden?

Svaret er IceCube-observatoriet i Antarktis, som stod ferdig i desember 2010. Det består av en kubikkilometer is og 5 160 måleinstrumenter som kan se ørsmå lysglimt når nøytroner en sjelden gang reagerer med isen.

Og nå har dette kalde øyet mot verdensrommet altså sett det forskerne håpet: 28 nøytrinoer med så høy energi at de må komme fra utenfra solsystemet.

Lysglimt i isen

Prinsippet i IceCube er enkelt:

Nøytrinoer har nesten ikke masse og lar seg ikke påvirke av elektriske felter eller magnetisme. Derfor reagerer de knapt på noe, men suser rett fram igjennom et hvilket som helst stoff uten å etterlate seg det minste merke.

Men hvis et nøytrino treffer klin midt på kjernen i et atom, kan kollisjonen resultere i et lite lysglimt. Dette skjer fra tid til annen.

Og rigger du opp en hel masse sensorer rundt en klump med spesielt blank is, vil instrumentene kunne fange glimtene som kommer når nøytrinoer treffer kjernene i atomene i de frosne vannmolekylene.

Lyset vil også kunne fortelle hvor mye energi nøytrinoet hadde i det det traff atomkjernen.

Det betyr at IceCube kan skille mellom nøytrinoene fra sola og høyenergi-nøytrinoene fra verdensrommet. Og dermed kunne altså forskerne bare sette seg og vente på slike lysspor etter innkommende fra universet.

De kom i april 2012.

Bert og Ernie

I april 2012 smalt to rekordpartikler inn i IceCube, begge med en energi på over 1000 teraelektronvolt (TeV). Dette var de første langveisfarende nøytrinoene som er registrert med en jordbasert detektor, og de fikk snart kjælenavnene Bert og Ernie.

Slik illustreres sporet etter Ernie, nøytrinoet med den høyeste energien som er registrert, 1140 TeV. Signalet dukket opp ved IceCube-observatoriet i Antarktis, 3. januar 2012. (Foto: IceCube Collaboration)
Slik illustreres sporet etter Ernie, nøytrinoet med den høyeste energien som er registrert, 1140 TeV. Signalet dukket opp ved IceCube-observatoriet i Antarktis, 3. januar 2012. (Foto: IceCube Collaboration)

Funnene fikk fysikerne i fyr og flamme. Vitenskapsfolkene i The IceCube Collaboration kastet seg over resten av dataene som instrumentene hadde samlet inn siden starten i 2010, på leiting etter hendelser som lignet.

Og nå presentere de altså resultatet: 28 lysglimt som høyst sannsynlig bare kan være skapt av nøytrinoer fra utenfor solsystemet.

Dette er starten på en ny æra innen astronomien, mener Gregory Sullivan fra University of Maryland, en av de over 250 forskerne som står bak resultatet.

Kosmisk stråling

Nøytrinoene kan nemlig avsløre en hel del om verdensrommet. Forskerne tror for eksempel at de ørsmå partiklene kan fortelle oss noe om et av universets mysterier: Høyenergetisk kosmisk stråling.

Atmosfæren til jorda bombarderes stadig av kosmiske stråler som stammer fra sola. Men den blir også truffet av ekstremt energirik kosmisk stråling. Hvor kommer den fra?

Foreløpig vet ingen hva som lager denne strålinga og det er heller ikke særlig enkelt å finne ut av. Partiklene i den kosmiske strålinga er elektrisk ladde, og det betyr at de trekkes og dras av magnetiske felter som de flyr igjennom på veien.

Men kildene som lager kosmisk stråling, skaper etter all sannsynlighet også nøytrinoer. Og de lar seg som kjent ikke imponere av noe. Tvert imot følger de en rett linje tvers igjennom alt, til de eventuelt treffer en atomkjerne.

Følger man denne linja bakover, vil man altså ende der nøytrinoet en gang ble sendt ut. Dermed kan forskerne altså bruke disse langveisfarende nøytrinoene til å avsløre kildene til kosmisk stråling i rommet.

Kanskje er det supernovaer, svarte hull, pulsarer, aktive galaksekjerner eller andre ekstreme fenomener der ute som står bak?

De 28 nøytrinoer som er funnet er for få til å kunne avsløre noen kosmiske strålingskilder. Men IceCube-observatoriet skal kjøre i 20 år til. Resultatene vil komme, tror forskerne.

Dette er som å vente på et foto med veldig lang eksponeringstid.

Referanse:

IceCube Collaboration, Evidence for High-Energy Extraterrestrial Neutrinos at the IceCube Detector, Science, vol. 342, 22. november 2013.